北京项目链增加Quorum共识提升稳定性

## 北京项目目前的POA共识及存在问题

POA共识介绍

北京项目是网贷资金存管项目，其业务模式是以XX银行为中心的，为此我们采用了POA共识机制（同时也是限于修改代码的时间因素），其特点是单点出块，中心化方式也是一种共识，叫POA（proof of authurity）

  • 许可机制。所有节点的加入和退出都是由中心节点的管理员账户发出的。而且目前这个中心节点是写死的。ethereumj.conf，由于nodeid是有公钥和私钥的，其他节点无法伪造

miner = '0x12345678'  //取nodeid开头几位

其他节点加入和退出，都是由中心节点控制的

  • 定时出块。由于是中心化的方式，竞争出块的POW方式取消了，那么中心节点自然不需要在消耗大部分cpu时间在寻找hash上，直接读秒出块就可以了

  • Pending队列处理：目前是所有在Pending的交易都进入这个块，但是有总gas和总数量的限制

    • 问题：Pending处理的时候，有新进来的交易怎么办？答案是看PendingStateImpl是有数据类型的，ConcurrentLinkedQueue，是锁住的

首先，nonce已经改成snowflake码了，按时间戳来，所以是有序的

其次，生成Pending的时候，


pendingTransactions.add(new PendingTransaction(tx, getBestBlock().getNumber()));
//这里拷贝生成了

protected List<Transaction> getAllPendingTransactions() {
    PendingStateImpl.TransactionSortedSet ret = new PendingStateImpl.TransactionSortedSet();
//这里看出是在区块最大交易条数限制中取交易，poll是从原交易集合中取数据

public List<Transaction> getPendingTransactionsWithRemove(){
    List<Transaction> txs=new ArrayList<>();
    int n=0;
    int cnt = config.minerBlockMaxTransactionCount();
    while (pendingTransactions.peek()!=null&&n<cnt){
        txs.add(pendingTransactions.poll().getTransaction());
        n++;
    }
    return txs;
}

执行不成功的说明是报错了，只能由前端改了继续发；包含在区块中的必然是本机的，而且排除了gas的原因，如果出错就是必然是客户端交易的问题，所以不需要重新纳入Pending（纳入Pending的应该是miner的问题造成没有入链，所以必须给其下次入链）

存在的问题：

  1. 运行风险大，单点风险，中心节点服务器挂了，要重新启动才能出链

  2. 扩展性差，不易说服客户，有些客户可能想参与记账

Quorum投票共识算法

Quorum投票共识算法是JPMorgan的共识算法，利用了以太坊平台支持智能合约的优势，投票程序预编译到创世区块中，或者这步干脆省略，也作为java的一个包

因为智能合约的优势是可以修改、定制；但是这个投票逻辑是非常固定的，所以不需要有智能合约；但是交易记录时要有扩展的交易类型，因为以太坊只能记录转账交易、合约调用

2个miner（同时兼容voter），一个voter（更像是一个仲裁者）

  • Eth62，新增一种特殊类型的投票交易

  • 对应的是quorum包下特殊的程序逻辑（各个节点是一样的）

  • 收到的投票交易，各节点都记录到日志中，miner节点也将上个区块投票情况打包到这个区块中（因为生成的区块是不能变了）

  • miner和voter的添加删除也可以通过智能合约管理，由管理员账户发起

  • miner1发起的区块，并大家投票选中后，miner2会接受，但是接受时，要对自己的Pending队列做一个筛选处理，去掉已经被包含在区块中的交易

这里写图片描述

异常情景模拟：

正常情况下，miner1读秒出块（比如3秒，加减随机0.5秒），区块先给自己投上一票，然后广播给miner2和voter1，然后voter1给miner1投票（这个投票过程也是广播的），票数达到要求后各个节点都看到了这个区块票数够了入链，这个区块中也记载了投票的情况

  • 1.miner1发出块的时候，可能miner2也发出了块（这个问题，首先要靠3秒，加减随机0.5秒来解决，但是还是有小概率是重合的），关键看voter投谁。miner1是不会投票给对方的，因为已经投给了自己，所以这里的关键是voter1投票给谁

    • 先收到miner1的块，投票给miner1，这时候如果通讯不畅，miner1没收到反馈，但是miner2收到了，认为miner1有2票，commit了，voter1也commit了；只剩下miner1还在等并重新发起投票，但是相同区块高度已经commit并被其他2人拒绝了；然后miner2会发起下一个高度的区块，但是现在miner1怎么办？它发现对方的新区块跳号了，这时候exception，打印日志，然后根据配置的应对的Rule进行处理，可以人工介入，也可以以长链为准，检查签名后同步，同步到最新后再出块

    • 先收到miner2的块，投票给miner2，则miner2入链

  • 2.voter1挂了。miner1和miner2各自独立出块，互相发对方，票数平；这时候双方有出块的先后，最终某轮投票，会有胜者

  • 3.miner1脑裂。miner2继续出块

  • 4.整个网络瘫痪。miner1，miner2均无法出块; 网络恢复后，以最长链并核对后commit；如果两个miner的最新区块不一致，重新发起投票

  • 5.miner1和miner2同时发出后，voter1选了miner1（经过验证签名和块高的，以及前序hash），并commit自己，但是广播的消息没有达到miner1和miner2；miner1和miner2没有规定票数，重新发起投票并选了miner2，这时候voter1活了，下一轮投票就来了，这时候voter发现问题了，前序hash不对，报exception，获取2个miner的区块情况，如果一致，就从其同步，如果不一致，2个miner分叉了，选择miner1并投固定miner1，逼死miner2（因为轮到miner2发现前序节点不对了，然后其发起同步流程，纠正过来再出块）

当然这个无法对付作恶，比如voter节点不顾只有一票的规定，给miner1和miner2都发送投票

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