SPECTRE协议

SPECTRE协议

丢弃主链概念,所有产生的区块共同构成账本,不丢弃任何一个区块
只要是产生的区块就不会被丢弃,所有的区块都是有效的,所有区块共同组成账本,这样进一步提高了区块链的处理交易能力, 该设计的关键在于设计算法来保证区块链不会被恶意攻击成功。
SPECTRE协议较为复杂,下边将从其如何产生区块、如何处理冲突交易以及产生可信交易集三个方面进行描述。

SPECTRE——挖矿

SPECTRE协议中,当产生区块时,要指向之前所有分叉的末端区块。 下图中,左边为比特币产生区块时,当有分叉出现,新区块将选择基于其中一个产生新的区块,而SPECTRE中,将基于所有分叉末端区块产生新的区块。同时,当有新区块产生时,节点要立刻将新区块(包含基于哪些区块产生这一信息)发送给与自己相连接的节点。

仔细观察,GHOST协议中虽然有分叉,但每个区块都只基于前边某一个区块产生,而SPECTRE协议中要基于当前节点知道的所有末端区块产生下一个区块

SPECTRE协议将矿工维持交易不冲突的要求剥除
比特币就像一本 权威 的账本,只要是里边记录的,就一定是真的(不考虑分叉和恶意攻击),而SPECTRE产生的DAG就像一本 不权威 账本,里边的交易信息可能冲突(上边图1中两个1区块中可能包含冲突交易信息)。
该协议下,挖矿节点只 负责迅速挖区块 (能够达到1秒一个区块),而对分叉中可能包含的冲突交易在挖矿阶段并 不做任何处理 ,将记录交易速度最大化,让DAG这种区块链有着恐怖的处理交易能力。

SPECTRE——冲突解决

是时候解决挖矿不解决的 冲突交易 问题了,SPECTRE的思路是设计一个计算投票的算法,让诚实区块会投票给诚实的区块,后边的诚实区块会给前边的 堆叠算力 ,从而让恶意攻击失败,其安全算力也是 51%
拿双花举例,下图中,X和Y区块中包含着两条冲突交易会导致双花,此时DAG中的区块会对X和Y进行投票, 决定哪一个交易有效。

投票规则如下,投X的标蓝,投Y的标红,X<Y代表X先于Y:

X后边的, 只能到X的投X ,图中6、7、8投X,同理9、10、11投Y。

X后边的, 能到X也能到Y ,根据上一次(图中虚线圈内)的投票结果投,12投X。

不在X、Y后边的, 根据自己后边所有的区块投哪个票多的投 ,1-5区块投X

X、Y投自己

根据投票结果,X中的那条交易信息 有效 ,Y中对应的那条交易信息 无效 。 Yonatan Sompolinsky也对 不指向前边区块 以及 产生区块不发给邻居节点的恶意攻击 有进行分析,在投票规则中,低于50%算力的攻击者会失败。 投票听起来像是一个主动地中心化行为,实际上不是,程序根据当前DAG区块所处的状态自发完成这一区块投票计算过程,就相当于,给定一个DAG数据,输入为两条冲突信息,运行该规则算法,将得出一对冲突交易的哪一个为有效。

SPECTRE——产生可信交易集

SPECTRE可信交易集就相当于超过当前6个区块的比特币链里组成的交易集合。 区块链从数字加密货币的角度来说,就是一个 账本 ,从账本上的交易信息中得出每个 账户 所拥有的货币,所以,得出 确定的、不可能更改 的交易信息就至关重要,SPECTRE可信交易集产生过程如下:

遍历区块,依次提取交易信息, 无冲突交易 加入无冲突交易集。

导致账户余额不足的冲突交易 加入冲突交易集。

根据上边的投票算法,依次对冲突交易进行 投票 ,产生冲突区块顺序集,决定哪一条交易有效。

将投票 有效 的交易加入 无冲突交易集

将无冲突交易集中超过一定时间的交易组建可信交易集,即该交易池交易信息 基本不可能被篡改

SPECTRE并不会对所有区块进行排序,所有区块没有一个完整的线形顺序,有的只是决定冲突信息先后的区块顺序对。
比特币中的高度代表的就是 线形顺序 ,高度低的区块中交易信息先于高度高的区块里的信息,高度高的区块就不能 包含和高度低的区块冲突的交易 ,而SPECTRE有大量的分叉,区块高度不能代表线形顺序,前边的区块交易信息不一定先于后边的分叉区块交易信息,交易信息的有效性要由投票算法来决定,区块投票算法很快,再加上它将 所有分叉区块 都包含进来,也就没有了比特币所面临的 分叉风险 (等待6个区块),交易确认时间可以达到10秒。 至此,和比特币相比,SPECTRE对应的DAG区块链有三个特点:

恐怖的 交易处理能力

极短的 交易确认时间

实际的 51% 安全算力

SPECTRE协议非常 适合DAG型数字加密货币