权威证明共识¶

该章节描述权威证明共识及其在 GAChain 平台中的实现。

什么是权威证明共识¶

在区块链平台中，现有的共识机制可以分为免许可区块链（比特币，以太坊）和许可区块链（以太坊私链）。

但是 GAChain 是介于这两者之间的一种新型的共识机制，即主节点采用的是经由投票机制的“许可区块链共识”，而链上生态及其子节点采用“免许可区块链共识”，但总得来说，政务链GAChain属于许可区块链。

在区块链中，所有节点都经过预先验证。使用这种共识机制的优点除了其他优势外，还能提高交易率。这种共识机制之一就是权威证明Proof-Of-Authority（PoA）

权威证明Proof-of-Authority (PoA) 是一种新的共识算法，可提供高性能和容错性。在PoA中，生成新区块的权利被授予已经证明有权产生区块的节点，这样的节点必须通过初步验证。

PoA共识优势¶

与工作量证明Proof-of-Work（PoW）和权益证明Proof-of-Stake（PoS）共识机制相比，PoA具有以下几点优势：

不需要高性能硬件，与PoW共识相比，PoA共识不要求节点花费计算资源来解决复杂的数学逻辑；
生成新区块的时间间隔可预测，对于PoW和PoS共识，这个时间会有所不同；
高交易率，授权的网络节点按指定的时间间隔按顺序生成块，这提高了交易验证的速度；
容忍被攻击和恶意节点，只要51％的节点不受攻击。GAChain 实现了节点的禁止和撤销区块生成权的机制。

PoA共识常见攻击手段¶

拒绝服务攻击¶

攻击者向目标网络节点发送大量交易和区块，试图中断节点活动使其不可用。

PoA机制可以抵御这种攻击：

由于网络节点已预先通过身份验证，因此只能为可承受DoS攻击的节点授予区块生成权限；

如果某个验证节点在一段时间内不可用，则可以将其从验证节点列表中排除。

51%攻击¶

在PoA共识中，51％的攻击要求攻击者获得对51％的网络节点的控制权。这与攻击者需要获得51％的网络计算能力的Proof-of-Work共识的51％攻击不同。获得许可区块链网络中的节点的控制权比获得计算能力要困难得多。

例如，在PoW共识网络中，攻击者可以增加受控网络段的计算能力（性能），从而增加受控百分比。这对于PoA共识没有意义，因为节点的计算能力对区块链网络决策没有影响。

GAChain 实现PoA共识¶

验证节点¶

在 GAChain 平台，只有验证节点才有权产生新区块，这些节点维护区块链网络和分布式账本。

验证节点列表保存在区块链注册表中。此列表中的节点顺序决定了节点生成新区块的顺序。

领导节点¶

以下公式确定当前 领导节点（leader node），即必须在当前时间生成新区块的节点。

leader = ((time - first) / step) % nodes

leader: 当前领导节点。

time: 当前时间（UNIX）。

first: 创始区块生成时间 (UNIX）。

step: 区块生成间隔中的秒数。

nodes: 节点总数量。

生成新区块¶

新区块由当前时间间隔的领导节点生成。在每个时间间隔，领导节点从验证节点列表传递到下一个验证节点。

新区块生成步骤¶

主要步骤如下：

从节点的交易队列中收集所有新交易；

逐个执行交易。无效或无法执行的交易将被拒绝；

检查是否符合区块生成限制范围；

生成具有有效交易的新区块，并使用验证节点的私钥（ECDSA算法）对其区块进行签名；

将该区块发送到其他验证节点。

验证新区块¶

其他验证节点验证步骤:

接收并验证新区块:

新区块是否由当前时间间隔的领导节点生成；

当前时间间隔的领导节点没有生成其他区块；

新区块被正确签名。

逐个执行区块中的交易。检查交易是否成功执行并且在区块生成限制范围内。

接受或拒绝该区块，具体取决于上一步:

如果区块验证成功，则将新区块添加到当前节点的区块链中；

如果区块验证失败，则拒绝该区块，标记该区块并发送 坏区块 交易；

如果生成坏区块的验证节点继续生成该类坏区块，则可以从验证节点列表中禁用或排除该验证节点。

分叉¶

分叉（fork） 是区块链的替代版本。分叉包含一个或多个独立于区块链其余部分生成的区块。

分叉通常在发生网络节点的一部分不同步，影响分叉概率的因素是高网络延迟，有意或无意的时间限制违规，节点的系统时间不同步。如果网络节点具有显着的地理分布，则必须增加区块生成间隔。

通过遵循最长的区块链规则来解析分叉。当检测到两个版本的区块链时，验证节点将回滚较短版本并接受较长版本。