Turechain上线解读——如何实现高性能

# 介绍：

初链是什么？从白皮书中我们可以看到这样的定义，初恋是商用去中心化应用的无需许可链，基于混合共识机制设计，旨在为社会提供高速点对点通信、价值传输以及智能合约基础设施。初链的使命是——打造一个公平透明的区块链商业世界。初链的愿景是——成为影响百年的区块链基础设施。

优势：

1支持无限节点进入 2安全性 3高性能 4免费使用

关键词

高性能

在truechain众多优势中，我接选择高性能这以方面进行解读。近阶段，公链的矛盾在于公链的性能与当前用户需求不相符，从时常堵塞的eth我们便可知一二。所以公链之间的竞争归根到底是性能的竞争。

那初链是如何实现其高性能呢？

谈到公链的性能，我们往往要去关注其共识算法。我们常见的共识机制都有POW、POS、DPOS、PBFT、VRF，但是每一种共识机制都存在缺陷，如区块链1.0时代的比特币采取的是POW，参与节点广泛但运算性能低下，POS容易引起“巨大的贫富差距”，DPOS目前常饱受“中心化”的诟病，而PBFT和VRF一般使用在许可链中。因此，目前区块链技术发展趋势之一就是在共识方面，从单一共识向混合共识演变。而初链就是其中的一个代表，其在共识方面讲POW和PBFT相结合，而不是使用单一的共识机制。进而衍生出双链接结构：快链（fastchain）和慢链（snailchain），已达到提高性能的目的。

基于pbft对交易进行验证

传统的区块链如btc的每一笔交易需要全节点验证，十分耗时，且麻烦。fastchain基于pbft在选取固定且少量的节点快速验证由快链打包的交易，这便是初链实现高性能的核心所在。

我的理解和EOS超级节点差不多，只是节点比EOS多，初链目前有11个节点。广播方式不同，从而PBFT在安全性上高一些。

具体步骤如下： 其中C为发送请求端，0123为服务端，3为宕机的服务端

Request：请求端C发送请求到任意一节点，这里是0Pre-Prepare：服务端0收到C的请求后进行广播，扩散至123Prepare：123,收到后记录并再次广播，1->023，2->013，3因为宕机无法广播Commit：0123节点在Prepare阶段，若收到超过一定数量的相同请求，则进入Commit阶段，广播Commit请求 5.Reply：0123节点在Commit阶段，若收到超过一定数量的相同请求，则对C进行反馈

由此可以看出，拜占庭容错能够容纳将近1/3的错误节点误差，交易打包成区块后经过拜占庭委员会（PBFT）的共识即被确认慢链区块包含快链区块的内容，通过挖矿完成慢链区块的打包。慢链基于pow，可通过算力保护整个区块链和拜占庭委员会的安全，以达到去中心化。

相关代码

func (state *State) PrePrepare(prePrepareMsg *PrePrepareMsg) (*VoteMsg, error) { //获取请求信息，并将其保存 state.MsgLogs.ReqMsg = prePrepareMsg.RequestMsg // 验证msg是否正常，错误则返回一个error if !state.verifyMsg(prePrepareMsg.ViewID, prePrepareMsg.SequenceID, prePrepareMsg.Digest) { return nil, errors.New("pre-prepare message is corrupted") } // 节点当前状态 state.CurrentStage = PrePrepared //返回相关信息 return &VoteMsg{ ViewID: state.ViewID, SequenceID: prePrepareMsg.SequenceID, Digest: prePrepareMsg.Digest, MsgType: PrepareMsg, Height: prePrepareMsg.Height, }, nil } func (state *State) Prepare(prepareMsg *VoteMsg, f float64) (*VoteMsg, error) { //验证信息 if !state.verifyMsg(prepareMsg.ViewID, prepareMsg.SequenceID, prepareMsg.Digest) { return nil, errors.New("prepare message is corrupted") } //将信息添加到log state.MsgLogs.SetPrepareMsg(prepareMsg.NodeID, prepareMsg) //若节点的状态为prepared ，则返回信息 if state.prepared(f) { return &VoteMsg{ ViewID: state.ViewID, SequenceID: prepareMsg.SequenceID, Digest: prepareMsg.Digest, MsgType: CommitMsg, Height: prepareMsg.Height, }, nil lock.PSLog("Prepare", "end", f, "Return") } lock.PSLog("Prepare", "end", f, "notReturn") return nil, nil } func (state *State) Commit(commitMsg *VoteMsg, f float64) (*ReplyMsg, *RequestMsg, error) { //验证信息 if !state.verifyMsg(commitMsg.ViewID, commitMsg.SequenceID, commitMsg.Digest) { return nil, nil, errors.New("commit message is corrupted") } // 将信息添加到log state.MsgLogs.SetCommitMsgs(commitMsg.NodeID, commitMsg) if state.committed(f) { //处理结果 result := "Executed" return &ReplyMsg{ ViewID: state.ViewID, Timestamp: state.MsgLogs.ReqMsg.Timestamp, ClientID: state.MsgLogs.ReqMsg.ClientID, Result: result, Height: state.MsgLogs.ReqMsg.Height, }, state.MsgLogs.ReqMsg, nil } return nil, nil, nil } //上述代码 ，事pbft的共识过程，从getrequest->preprepared->prepared->commit //下面的resoloveMsg函数则是处理pbft中msg，通过case条件选择指令将其串联起来 func (node *Node) resolveMsg() { for { // 从调度程序获取缓冲消息 msgs := <-node.MsgDelivery switch msgs.(type) { case []*consensus.RequestMsg: //获取请求 errs := node.resolveRequestMsg(msgs.([]*consensus.RequestMsg)) if len(errs) != 0 { for _, err := range errs { fmt.Println(err) } // TODO: 发送错误 } case []*consensus.PrePrepareMsg: //想其他节点发送信息 errs := node.resolvePrePrepareMsg(msgs.([]*consensus.PrePrepareMsg)) if len(errs) != 0 { for _, err := range errs { fmt.Println(err) } } case []*consensus.VoteMsg: voteMsgs := msgs.([]*consensus.VoteMsg) if len(voteMsgs) == 0 { break } if voteMsgs[0].MsgType == consensus.PrepareMsg { errs := node.resolvePrepareMsg(voteMsgs) if len(errs) != 0 { for _, err := range errs { fmt.Println(err) } } } else if voteMsgs[0].MsgType == consensus.CommitMsg { errs := node.resolveCommitMsg(voteMsgs) if len(errs) != 0 { for _, err := range errs { fmt.Println(err) } } } } } } --------------------- //以上事pbft的工作流程

所以truechain之所以快，就在于使用了pbft，用较少的节点完成交易的打包。因为节点的选择也是很重要的问题

func (e *Election) elect(candidates []*candidateMember, seed common.Hash) []*types.CommitteeMember { //传入参数1 候选节点 candidates 2 随机种子 seed var addrs map[common.Address]uint = make(map[common.Address]uint) var members []*types.CommitteeMember log.Debug("elect committee members ..", "count", len(candidates), "seed", seed) // 记录候选人数，以及seed round := new(big.Int).Set(common.Big1) for { seedNumber := new(big.Int).Add(seed.Big(), round) // seed + 1 hash := crypto.Keccak256Hash(seedNumber.Bytes()) //prop := new(big.Int).Div(maxUint256, hash.Big()) prop := hash.Big() //产生随机数 for _, cm := range candidates { if prop.Cmp(cm.lower) < 0 { continue } if prop.Cmp(cm.upper) >= 0 { continue } //选取规则，通过prop与节点的难度区间进行比较 log.Trace("get member", "seed", hash, "member", cm.address, "prop", prop) if _, ok := addrs[cm.address]; ok { break } addrs[cm.address] = 1 //标记1 代表入选成功 member := &types.CommitteeMember{ Coinbase: cm.coinbase, Publickey: cm.publickey, } //给改节点分配相关参数 ，公钥 ，地址 members = append(members, member) //添加改节点 break } round = new(big.Int).Add(round, common.Big1) Number = big.NewInt(40) if round.Cmp(params.MaximumCommitteeNumber) > 0 { break //若人数已满，则停止 } } log.Debug("get new committee members", "count", len(members)) return members }

从上面一段代码我们大概可以了解节点的选择过程，先记录候选的地址，并通过hash.Big()产生一个随机数与候选人难度区间进行比较，若在其中，则被选中。这变保证了其公平性，各个候选人都有机会入选。具体的流程图可看下方图片。

总结

本文从truechain如何实现其高性能，高tps进行了简单的探究，认为truechain在当前公链之林中，既做到了高tps，又保证了其去中心化性，实属不易。在目前已经上线的在无许可（Permissionless）环境中运行的公链中，初链TrueChain主网Beta版的tps的性能已经非常高，在后期正式主网发布和加上Sharding分片技术的融入，TPS将达到更高的性能要求。