比區塊鏈更有效率且公平的哈希圖共識解釋

哈希圖數據結構和共識算法為分佈式共識提供了一個新的平台。本簡介概述了散列圖的工作原理及其一些屬性。分佈式共識算法的目標是允許用戶社區就某些用戶生成交易的順序達成一致，而沒有一個成員是每個人都信任的。這樣，當個人之間還沒有相互信任時，它就是一個產生信任的系統。Hashgraph 以一種全新的方式實現了這一點。

區塊鏈就像一棵樹，隨著它的生長不斷被修剪——這種修剪是必要的，以防止塊的分支生長失控，並確保賬本只包含一個塊鏈。在哈希圖中，不是修剪新的增長，而是將這種增長重新編織到分類賬的主體中。

在區塊鍊和哈希圖分類賬中，任何用戶都可以創建一個交易，該交易最終將被放入一個容器（“區塊”）中，然後傳播到整個分佈式網絡。

在區塊鏈中，這些容器“塊”旨在形成一個單一的長鏈。如果同時創建兩個區塊，網絡節點最終會選擇一條鏈繼續而丟棄另一條，以免區塊鏈“分叉”成兩條不同的鏈。它就像一棵不斷生長的樹，除了一根樹枝外，其他所有樹枝都被砍掉了。

在哈希圖中，每個交易容器都被合併到分類賬中——沒有一個被丟棄——因此它比區塊鏈更高效。所有的分支都將永遠存在，並交織在一起成為一個整體。

此外，如果新容器到達得太快，區塊鏈就會失敗，因為新分支的發芽速度快於它們被修剪的速度。這就是為什麼區塊鏈需要工作量證明或其他機制來人為地減緩增長。然而，在哈希圖中，沒有任何東西被丟棄。快速增長的哈希圖數據結構沒有壞處。每個成員都可以隨時創建交易和容器。

最後，因為散列圖不需要修剪可能的“分叉”（因為每個交易容器都被合併到分類賬中），散列圖允許更強大的數學保證，例如拜占庭協議和公平性。Paxos 等分佈式數據庫是拜占庭式的，但不保證事務排序的公平性。區塊鏈既不拜占庭也不公平。哈希圖算法實現了公平、快速、拜占庭、ACID 兼容、高效、廉價、時間戳和 DoS 抗性。

表現

Hashgraph 具有令人難以置信的能源效率和性能

成本

與區塊鏈分佈式賬本相比，哈希圖分佈式賬本的運行成本較低，因為它避免了能源密集型工作量證明。想要運行哈希圖節點的個人和組織將不需要購買昂貴的定制採礦設備。相反，他們將能夠通過現成的硬件運行散列圖節點，這種硬件比此類專門的採礦設備更便宜。

效率

哈希圖是 100% 有效的，因為該術語在區塊鏈社區中使用。在區塊鏈中，工作有時會浪費在挖掘一個後來被認為陳舊並被節點網絡丟棄的塊上。在哈希圖中，相當於一個“塊”的交易永遠不會過時。此外，哈希圖在使用帶寬方面也很高效。無論通知給定交易的所有節點所需的帶寬量是多少（即使沒有就該交易的時間戳達成共識），哈希圖也只會增加非常小的額外帶寬開銷來實現共識時間戳並使交易有序進行。

吞吐量

哈希圖很快。它僅受帶寬限制。如果每個網絡節點都有足夠的帶寬來每秒下載和上傳給定數量的交易，那麼整個網絡每秒可以處理接近這個數量的交易。即使是快速的家庭互聯網連接也可以使哈希圖節點足夠快地處理相當於整個全球 VISA 卡網絡的交易量。

狀態效率

一旦網絡交易發生，網絡中的所有節點將在幾秒鐘內知道該交易應該 100% 確定地放置在交易歷史中的什麼位置。更重要的是，每個節點都會知道其他每個節點都知道這一點。屆時，網絡可以僅合併交易的影響，除非未來審計或合規需要，否則丟棄交易數據。因此，在最小的加密貨幣系統中，每個節點只需要存儲非空的每個網絡賬戶的當前餘額。節點不需要記住導致這些餘額一直追溯到“創世紀”的交易的完整歷史。

密碼學

所有 Hedera 網絡通信都使用 TLS 1.2 加密，所有交易都經過數字簽名，哈希圖是使用加密哈希構建的。選擇的所有算法和密鑰大小都符合 CNSA Suite 安全標準。這是保護美國政府最高機密信息所需的標準。它指定使用 AES-256、RSA 3072、SHA-384、ECDSA 和 ECDH with p-384，以及用於完美前向保密的臨時密鑰。

異步拜占庭容錯

哈希圖算法是異步拜占庭容錯 (aBFT)。這是一個技術術語，意思是沒有單個節點（或一小組節點）可以阻止網絡達成共識，一旦達成共識，它們也不能改變。每個 Hedera 網絡節點最終都會到達一個點，在這個點上它“知道”網絡已經達成共識。區塊鏈平台不保證拜占庭協議，因為節點永遠無法確定協議已經達成。相反，只是概率會隨著時間的推移而增加。區塊鏈也是非拜占庭的，因為它不會自動處理網絡分區——即，如果一組礦工與互聯網的其餘部分隔離開來，那麼多條鏈（“分叉”）可能會增長，從而按照順序相互衝突交易。

值得注意的是，術語“拜占庭容錯”（BFT）有時被用於較弱的抵抗其他共識算法惡意行為的意義。我們以其原始的、更強烈的意義使用它，因為即使我們假設 (1) 一些攻擊者會合謀阻止或扭曲共識，以及 (2) 一些攻擊者甚至可以控制互聯網本身（有一些限制）並減慢或阻止傳遞消息，網絡最終會達成共識，每個節點最終都知道已經達成共識。哈希圖是拜占庭式的，即使按照這個更強的定義也是如此。只要攻擊者擁有的 hbars 總權益少於 1/3，他們就無法停止共識，甚至無法扭曲交易時間戳或共識順序

BFT 有不同程度，這取決於對網絡和消息傳輸所做的假設。

BFT 的最強形式是異步 BFT——這意味著即使惡意行為者能夠控製網絡並刪除或減慢他們選擇的消息，網絡也可以達成共識。唯一的假設是超過 2/3 的人正確地遵循了協議，並且如果消息通過互聯網從一個節點重複發送到另一個節點，最終一個會通過，然後另一個會通過，依此類推。一些系統是部分異步的，只有當攻擊者沒有太多的權力並且不會過多地操縱消息的時間時它們才是安全的。例如，假設消息在 10 秒內通過 Internet 傳遞，部分異步系統可以證明拜占庭。然而，這種假設忽略了殭屍網絡、分佈式拒絕服務攻擊的現實。

哈希圖共識算法已通過計算機使用 Coq 系統檢查的數學證明驗證為異步拜占庭容錯 (ABFT)。這證明了散列圖技術報告中所說的散列圖是 ABFT——在數學上是分佈式系統可能的最高安全級別。

Coq 是一個形式化的證明驗證系統。Coq 提供了一種形式化語言來編寫數學定義和可執行算法和定理，以及用於機器檢查證明的半交互式開發的環境。它通常用於證明程序、編程語言和數學的屬性。與大多數僅由人類檢查的數學證明不同，Coq 證明實際上是由計算機檢查的。這避免了人類在閱讀證明時可能犯的一些錯誤。

公平

哈希圖是公平的，因為沒有領導節點或礦工被授予特殊權限來確定分配給交易的共識時間戳。相反，交易的共識時間戳是通過算法中的自動投票過程計算的，節點通過該算法集體和民主地建立共識。我們可以區分公平的三個方面。

哈希圖從根本上講是公平的，因為沒有任何一個節點可以阻止交易進入系統，甚至可以將其延遲很長時間。如果一個或幾個惡意節點試圖阻止給定的交易被傳遞到網絡的其餘部分並因此被添加到共識中，哈希圖八卦協議的隨機性（節點通過該協議相互傳遞消息）將確保交易繞過那個堵塞物流動。

2.公平時間戳

哈希圖為每個交易提供一個共識時間戳，該時間戳基於大多數網絡節點收到該交易的時間。這個共識時間戳是公平的，因為惡意節點不可能破壞它並使它與那個時間相差很多。每個交易都被分配了一個共識時間，這是每個節點說它第一次收到它的時間的中位數。這裡的received指的是給定節點第一次通過gossip從另一個節點傳遞交易的時間。這是共識的一部分，成為拜占庭的所有保證也是如此。如果超過三分之二的參與節點是誠實的並且他們的計算機上有可靠的時鐘，那麼時間戳本身就是誠實可靠的，因為它是由一個誠實可靠的節點生成的，或者介於兩個由誠實可靠的節點生成的時間之間。因為哈希圖採用所有這些時間的中值，所以共識時間戳是穩健的。即使一些時鐘有點偏差，或者即使一些節點惡意給出的時間相差很遠，共識時間戳也不會受到顯著影響。

這種共識時間戳對於諸如在特定時間執行某些操作的法律義務之類的事情很有用。將就事件是否在截止日期前發生達成共識，並且時間戳可以抵抗攻擊者的操縱。在區塊鏈中，每個區塊都包含一個時間戳，但它只反映一個時鐘：開採該區塊的礦工計算機上的時鐘。

3.公平交易秩序

交易根據其時間戳進行排序。因為分配給單個交易的時間戳是公平的，所以產生的順序也是如此。這對於某些用例至關重要。例如，想像一個股票市場，Alice 和 Bob 都試圖在同一時刻以相同的價格購買最後可用的股票。在區塊鏈中，礦工可以將這兩項交易放在一個區塊中，並可以完全自由地選擇它們發生的順序。或者礦工可能會選擇只包含 Alice 的交易，而將 Bob 的交易延遲到未來的區塊。在哈希圖中，單個節點無法過度影響這些交易的共識順序。愛麗絲能做的最好的事情就是投資更好的互聯網連接，以便她的交易比鮑勃的交易先到達每個人。這才是公平的競爭方式。

小結論 哈希圖共識在區塊鏈中的作用是確定分佈式賬本中的交易順序和確認交易的有效性[1]。​區塊鏈是一種去中心化的分佈式賬本，​需要一種共識機制來確定交易的有效性和順序，​以維護系統的運作順序和公平性[1]。​哈希圖共識是一種新興的共識機制，​可以實現高效、​安全、​公平和快速的交易[2]。​區塊鏈技術可以幫助記錄信息，​確保信息保持不變，​並且授權人員可以訪問[3]。哈希圖共識的特點是高效、​安全、​公平和快速，​可以實現高達10,000 TPS的交易速度，​同時保證交易的安全性和公平性。​哈希圖共識是一種新興的共識機制，​目前已經被一些區塊鏈項目所採用，​例如Hedera Hashgraph[1]。​​區塊鏈技術也可用於在分佈式賬本上創建人或公司的不可變數字身份[3]。​區塊鏈技術可以減少對於某些第三方中介者的依賴，​提高程序的效率，​並可減少資料輸入錯誤的機會及交易費用[4]。​

https://hedera.com/learning/hedera-hashgraph/what-is-hashgraph-consensus