什么是Tendermint？

• • 一、Tendermint介紹
  • • 1.1 什么是 Tendermint?
    • 1.2 Tendermint 與同類軟件對(duì)比
    • • 1.2.1 Zookeeper, etcd, consul
      • 1.2.2 比特幣、以太坊及其他加密貨幣
      • 1.2.3 其他區(qū)塊鏈項(xiàng)目
    • 1.3 cosmos與tendermint
    • 1.4 總結(jié)
    • 1.5 參考文檔

一、Tendermint介紹

1.1 什么是 Tendermint?

Tendermint 是一種能夠?yàn)槎嗯_(tái)機(jī)器安全和保證數(shù)據(jù)一致性復(fù)制應(yīng)用程序的軟件。從安全性層面看，分布式系統(tǒng)中即使 1/3 的隨機(jī)節(jié)點(diǎn)即使宕機(jī)了，Tendermint 依然能夠保證分布式系統(tǒng)正常運(yùn)行。另外在數(shù)據(jù)一致性方面，故障的節(jié)點(diǎn)能夠看到相同的事務(wù)日志并計(jì)算出相同的狀態(tài)。安全且保持一致性復(fù)制是分布式系統(tǒng)的基本問題， 在很多應(yīng)用程序中起著關(guān)鍵性的作用，比如貨幣系統(tǒng)、選舉和基礎(chǔ)設(shè)備編排等系統(tǒng)。

分布式系統(tǒng)需具備容忍節(jié)點(diǎn)離線或出錯(cuò)，也就是拜占庭容錯(cuò)。拜占庭容錯(cuò)理論歷史悠久，區(qū)塊鏈技術(shù)落地成功的案例、比如比特幣、以太坊的成功促使該理論在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的實(shí)現(xiàn)得以流行。區(qū)塊鏈技術(shù)著重結(jié)合對(duì)等網(wǎng)絡(luò)(P2P) 和密碼認(rèn)證對(duì)拜占庭容錯(cuò)加以進(jìn)化。 交易被批量打包成塊，每個(gè)塊通過加密哈希連接上一個(gè)塊從而形成鏈，這也是把該技術(shù)命名為 區(qū)塊鏈 (BlockChain) 的原因。

Tendermint 包含兩個(gè)組件: 區(qū)塊鏈共識(shí)引擎 (blockchain consensus engine)、 通用應(yīng)用接口(generic application interface) 共識(shí)引擎被稱為 Tendermint Core ，確保交易記錄在任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都能一致被排序。通用應(yīng)用接口被稱為 應(yīng)用區(qū)塊鏈接口 (Application BlockChain Interface) 簡(jiǎn)稱為 ABCI ， 交易能夠被任何編程語言處理。大部分區(qū)塊鏈和共識(shí)方案預(yù)先打包內(nèi)置狀態(tài)機(jī)（比如存儲(chǔ)鍵值對(duì)或者通過腳本），而開發(fā)者通過 Tendermint 可以對(duì)任意編程語言編碼的應(yīng)用實(shí)現(xiàn) BFT 狀態(tài)機(jī)復(fù)制， 并且開發(fā)環(huán)境對(duì)開發(fā)者也很適合。

Tendermint 以易用、易懂、高性能為設(shè)計(jì)原則，對(duì)各種分布式應(yīng)用程序都有用。

1.2 Tendermint 與同類軟件對(duì)比

Tendermint 與兩類軟件相似。一類是分布式鍵值對(duì)存儲(chǔ)軟件，例如 Zookeeper, etcd, 和 consul, 但他們使用了 non-BFT 共識(shí)。 另外一類就是區(qū)塊鏈技術(shù)。區(qū)塊鏈技術(shù)包含加密貨幣，例如比特幣和以太坊，還包含非傳統(tǒng)類的分布式賬本，譬如 Hyperledger 的 Burrow

1.2.1 Zookeeper, etcd, consul

Zookeeper, etcd 和 consul 都是典型的鍵值對(duì)存儲(chǔ)和 non-BFT 共識(shí)算法的實(shí)現(xiàn)。Zookeeper 使用 Zookeeper Atomic Broadcast 版本的 Paxos 算法；etcd 和 consul 使用 比較新和簡(jiǎn)單的 Raft 共識(shí)算法。非拜占庭容錯(cuò)共識(shí)實(shí)現(xiàn)的分布式集群中，假設(shè)包含 3-5 個(gè)節(jié)點(diǎn)，可以允許一半的節(jié)點(diǎn)離線，但是如果出現(xiàn)一個(gè)拜占庭錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)（作惡節(jié)點(diǎn)）足以摧毀該分布式系統(tǒng)。

三者都各有特色稍微不同地實(shí)現(xiàn)了鍵值對(duì)存儲(chǔ)，但都重點(diǎn)圍繞著給分布式系統(tǒng)提供基礎(chǔ)服務(wù)，例如動(dòng)態(tài)配置、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、鎖、領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)選舉 (leader-election)

Tendermint 和上述類型的軟件本質(zhì)作用差不錯(cuò)，但有兩個(gè)重要的不同點(diǎn)：

• 支持拜占庭容錯(cuò)算法，意味著智能容忍三分之一以內(nèi)的節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤，這個(gè)錯(cuò)誤包括任意節(jié)點(diǎn)離線和節(jié)點(diǎn)作惡
• 獨(dú)立于特定類型軟件，例如鍵值存儲(chǔ)類。而 Tendermint
  只是關(guān)注任意狀態(tài)機(jī)復(fù)制，開發(fā)者根據(jù)軟件需求業(yè)務(wù)邏輯，例如通過狀態(tài)機(jī)復(fù)制實(shí)現(xiàn)鍵值對(duì)存儲(chǔ)、加密貨幣乃至分布式電子投票平臺(tái)等分布式應(yīng)用。

1.2.2 比特幣、以太坊及其他加密貨幣

Tendermint 誕生于傳統(tǒng)的加密貨幣之后。相比于比特幣的工作量證明 (Proof of Work) ，它實(shí)現(xiàn)的共識(shí)算法更高效和安全。早期的 Tendermint 內(nèi)置了簡(jiǎn)單的數(shù)字貨幣并實(shí)現(xiàn)了共識(shí)功能。 節(jié)點(diǎn)需要繳納保證金，如果作惡保證金就會(huì)被沒收。Tendermint 實(shí)際上也是一種股權(quán)證明 (Proof of stake)

加入可股權(quán)證明算法之后，Tendermint 演變?yōu)閰^(qū)塊鏈共識(shí)引擎，允許任何機(jī)器都可以加入作為節(jié)點(diǎn)的分布式系統(tǒng)。這也意味這 Tendermint 可以作為其他區(qū)塊鏈項(xiàng)目即插可用的共識(shí)引擎， 替換原有的共識(shí)模塊。也就是說，舉個(gè)例子你可以使用 Tendermint 共識(shí)運(yùn)行任何語言實(shí)現(xiàn)的以太坊節(jié)點(diǎn)源碼作為 ABCI 應(yīng)用（上文提到，最終實(shí)現(xiàn)了一種基于股權(quán)證明共識(shí)以太坊。 事實(shí)上，我們基于以太坊實(shí)現(xiàn)了上述的 demo

the Cosmos network 共識(shí)算法就是內(nèi)置了 Tendermint

1.2.3 其他區(qū)塊鏈項(xiàng)目

• Fabric 采用了與 Tendermint 相似的方法，但是它更偏向于如何管理狀態(tài)，并要求所有的應(yīng)用行為能夠運(yùn)行在 docker 容器中，我理解 Fabric 的 chaincode 就像以太坊的智能合約。它基于 PBFT 實(shí)現(xiàn)。在 Tendermint
  中，可以把這種基于容器的行為作為 ABCI 應(yīng)用。
• Burrow 實(shí)現(xiàn)了以太坊虛擬機(jī)和交易機(jī)制，并擴(kuò)展了名字注冊(cè) (name-registery)，許可權(quán)限、原生合約提供多種方式調(diào)用區(qū)塊鏈接口 (REST 和 JSON-RPC)。 它使用
  Tendermint 作為共識(shí)引擎，提供的特殊的應(yīng)用狀態(tài)（這里的狀態(tài)由賬戶、驗(yàn)證人集合、和名字注冊(cè)）

1.3 cosmos與tendermint

關(guān)于Cosmos的介紹詳情見下一篇博文。

Tendermint與Cosmos一起存在于一個(gè)堆棧中，Cosmos是一個(gè)區(qū)塊鏈平臺(tái)，充當(dāng)調(diào)解人并自稱為“區(qū)塊鏈互聯(lián)網(wǎng)”;該平臺(tái)僅在幾天前推出了區(qū)塊鏈，啟動(dòng)了Cosmos / Tendermint生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)際存在。整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)作方式與以太坊類似，只是它更模塊化、更靈活、更易于開發(fā)。

Cosmos SDK充當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)的應(yīng)用層（類似于以太坊的EVM），而Tendermint代表共識(shí)層（BFT容錯(cuò)權(quán)益證明共識(shí)算法）和網(wǎng)絡(luò)層（Tendermint Core）。

在Tendermint Core堆棧下連接的共識(shí)算法+ p2p網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通過生態(tài)系統(tǒng)的另一個(gè)稱為應(yīng)用程序區(qū)塊鏈接口（ABCI）的獨(dú)立元素連接到Cosmos SDK。

Cosmos SDK是ABCI的基本實(shí)現(xiàn)，代表了生態(tài)系統(tǒng)的模塊化部分;它是一個(gè)準(zhǔn)系統(tǒng)應(yīng)用程序?qū)?#xff0c;開發(fā)人員可以使用自定義功能進(jìn)行開發(fā)和增強(qiáng)。這使得現(xiàn)有的區(qū)塊鏈可以構(gòu)建基于Tendermint的應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序可以連接到生態(tài)系統(tǒng)并在彼此之間交換消息和價(jià)值。

這就是為什么Tendermint和Cosmos使用“區(qū)塊鏈互聯(lián)網(wǎng)”綽號(hào)的原因;整個(gè)系統(tǒng)希望成為一個(gè)中心，允許不同區(qū)塊鏈之間的互操作性。

該項(xiàng)目背后的一家營(yíng)利性加利福尼亞公司（也稱為Tendermint）將上述三個(gè)主要元素分開，然后在Tendermint堆棧下連接網(wǎng)絡(luò)/共識(shí)層。
這樣做是為了使技術(shù)的組件更易于使用和修復(fù)，而無需在想要更改某些內(nèi)容時(shí)為整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。主要開發(fā)人員Jae Kwon飾演Ethan Buchman，他們希望創(chuàng)建一些易于理解，實(shí)現(xiàn)和開發(fā)的東西，而Tendermint是他們努力的最終結(jié)果。

在Tendermint之前，構(gòu)建區(qū)塊鏈需要從頭開始構(gòu)建所有三個(gè)層（網(wǎng)絡(luò)，共識(shí)，應(yīng)用程序）。以太坊通過提供虛擬機(jī)區(qū)塊鏈來簡(jiǎn)化這一點(diǎn)，任何人都可以在其上以智能合約的形式部署自定義邏輯。一個(gè)問題仍然存在：區(qū)塊鏈本身的發(fā)展。Tendermint大大簡(jiǎn)化了這個(gè)過程，因?yàn)殚_發(fā)人員只需要擔(dān)心應(yīng)用程序?qū)印?/p>

網(wǎng)絡(luò)和共識(shí)層已經(jīng)通過Tendermint Core引擎提供;需要做的就是通過選擇的編程語言調(diào)整ABCI，開發(fā)獨(dú)特的應(yīng)用程序并開始使用Tendermint的功能。

Tendermint團(tuán)隊(duì)通過獲取以太坊的代碼庫(kù)，剝離PoW并將最終結(jié)果插入其Tendermint Core之上來做這樣的事情。這創(chuàng)建了Ethermint，類似以太坊的協(xié)議，具有權(quán)益證明功能。所有現(xiàn)有的以太坊工具（Truffle，Metamask，…）都與Ethermint兼容，你可以將智能合約移植到那里，而無需任何額外的工作。

我們?nèi)匀粵]有提到的整個(gè)等式的一個(gè)重要元素是區(qū)塊鏈間通信協(xié)議（IBC），它對(duì)于區(qū)塊鏈互操作性非常重要。IBC允許異構(gòu)鏈在彼此之間傳輸價(jià)值和數(shù)據(jù)，最終解鎖具有不同應(yīng)用程序和驗(yàn)證器集的區(qū)塊鏈之間的互操作性。

為了避免未來成百上千個(gè)區(qū)塊鏈可能帶來的可擴(kuò)展性問題，Cosmos提出了一種具有兩類區(qū)塊鏈的模塊化架構(gòu)：Hubs和區(qū)域。

區(qū)域是常規(guī)的異構(gòu)區(qū)塊鏈，而 Hub 是專門設(shè)計(jì)用于將區(qū)域連接在一起的區(qū)塊鏈。當(dāng)區(qū)域與中心創(chuàng)建 IBC 連接時(shí)，它可以自動(dòng)訪問（即發(fā)送和接收）連接到它的所有其他區(qū)域。因此，每個(gè)區(qū)域只需要使用一組受限制的集線器建立有限數(shù)量的連接。

中心還可以防止區(qū)域之間的雙重支出。這意味著，當(dāng)區(qū)域從中心接收令牌時(shí)，它只需要信任此令牌的源區(qū)域和中心。第一個(gè)中心（Cosmos Hub）幾天前已經(jīng)啟動(dòng)。有些鏈條不會(huì)完全兼容Tendermint;開發(fā)人員設(shè)想了所謂的掛鉤區(qū)來處理這個(gè)問題。

Tendermint的密碼學(xué)本身并不是那么先進(jìn)，ECDSA簽名是生態(tài)系統(tǒng)中最“奇特”的技術(shù)。在最近的發(fā)布后直播中提到了BLS簽名聚合，零知識(shí)證明和Ristretto帳戶，但這些似乎都還沒有出現(xiàn)。

該技術(shù)可用于創(chuàng)建公共和私有鏈，前者通過PoS運(yùn)行，后者通過許可節(jié)點(diǎn)運(yùn)行;兩個(gè)系統(tǒng)都將是BFT。Tendermint Core上的方塊可以有一秒鐘的區(qū)塊時(shí)間，并被視為立即最終;否則，可以安全地假設(shè)網(wǎng)絡(luò)遭受了33%的攻擊（超過三分之一的驗(yàn)證者是惡意的）。

區(qū)塊鏈需要具有拜占庭容錯(cuò)能力，即能夠容忍潛在的惡意節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)正在向網(wǎng)絡(luò)傳達(dá)虛假狀態(tài)和消息并危及共識(shí)。拜占庭容錯(cuò)系統(tǒng)上的科學(xué)很少，因?yàn)檫@個(gè)話題在學(xué)術(shù)界并不受歡迎。

所做的一些研究集中在多達(dá)7個(gè)節(jié)點(diǎn)的小樣本網(wǎng)絡(luò)上;Tendermint開發(fā)人員想要一些可以在更高層次上擴(kuò)展的東西。即使比特幣引入了一個(gè)能夠支持?jǐn)?shù)千個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)也曾經(jīng)（并且仍然擁有）一個(gè)管理域，這大大限制了它的可擴(kuò)展性。

Kwon和他的合作伙伴設(shè)想了一種BFT協(xié)議，該協(xié)議可以在無許可設(shè)置中擴(kuò)展到數(shù)百個(gè)節(jié)點(diǎn)，并以權(quán)益證明（PoS）作為底層安全機(jī)制。他們提出了基于BFT的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有我們已經(jīng)命名的兩個(gè)關(guān)鍵元素：Tendermint Core，用于達(dá)成共識(shí)和“八卦”，以及Cosmos SDK作為應(yīng)用層。

他們的BFT權(quán)益證明算法通過使用部分同步網(wǎng)絡(luò)模型克服了拜占庭將軍問題，這意味著對(duì)區(qū)塊進(jìn)行投票的驗(yàn)證者不需要同時(shí)采取行動(dòng)。這個(gè)系統(tǒng)中的區(qū)塊不是按時(shí)間表投票的，也沒有確定的大小。

在被認(rèn)為是“完全同步”的比特幣中，我們有一個(gè)設(shè)定的10分鐘時(shí)間框架，節(jié)點(diǎn)必須尋找，收集，驗(yàn)證和添加交易到區(qū)塊。對(duì)于以太坊，這個(gè)時(shí)間范圍只有15秒。這一切都很好，直到同步性被打破;一些節(jié)點(diǎn)可能會(huì)脫機(jī)并遭受延遲問題，在這種情況下，鏈可能會(huì)停止或分叉。

Tendermint旨在實(shí)現(xiàn)一個(gè)更集中的模型，該模型拒絕對(duì)其以異步方式運(yùn)行的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行這些計(jì)時(shí)限制。

該協(xié)議更加異步：不是每輪花費(fèi)預(yù)定的時(shí)間段，而是在超過2/3的節(jié)點(diǎn)達(dá)成共識(shí)后，回合的每個(gè)步驟都會(huì)進(jìn)行。這種缺乏同步是部分的，項(xiàng)目將其稱為“弱異步”。驗(yàn)證者是眾所周知的，可以相互溝通，以協(xié)調(diào)他們的努力，并確保始終達(dá)成網(wǎng)絡(luò)共識(shí)。所有這些都意味著，事實(shí)上，他們的網(wǎng)絡(luò)永遠(yuǎn)不會(huì)分叉。

Tendermint定期重新分配驗(yàn)證者提出區(qū)塊的權(quán)利，以略微緩解該過程集中化的潛在問題。在提出區(qū)塊后，驗(yàn)證者在多輪確定性過程中投票。

為了擴(kuò)展這一點(diǎn)，我們需要意識(shí)到，在協(xié)議的世界里，我們有非確定性和確定性的協(xié)議。非確定性協(xié)議是我們?cè)谕耆惒较到y(tǒng)中看到的協(xié)議。純異步情況的共識(shí)可能依賴于隨機(jī)預(yù)言機(jī)，并且通常會(huì)產(chǎn)生很高的消息復(fù)雜性開銷，因?yàn)樗鼈円蕾囉谒型ㄐ诺目煽繌V播。

Tendermint通過走確定性路線來避免這種高開銷;實(shí)際上沒有什么是隨機(jī)的，而是通過定義的數(shù)學(xué)函數(shù)完成的，該函數(shù)允許我們做出預(yù)測(cè)，即協(xié)議保證做出決策。

使用 Tendermint，驗(yàn)證器在確定性加權(quán)輪循機(jī)制格式的幫助下進(jìn)行輪換。驗(yàn)證者擁有的賭注越多，他們被選為領(lǐng)導(dǎo)者的次數(shù)就越多。目前，該協(xié)議的上限為一百個(gè)驗(yàn)證器，但是，如果需要，團(tuán)隊(duì)可能會(huì)考慮添加更多驗(yàn)證器。這確保了系統(tǒng)在異步環(huán)境中是安全的，并且在弱同步環(huán)境中是活躍的。總體而言，共識(shí)機(jī)制犧牲了一定程度的活性，以實(shí)現(xiàn)共識(shí)安全性和即時(shí)終結(jié)性。

1.4 總結(jié)

Tendermint是一個(gè)有趣的概念，在紙面上看起來和聽起來可能比在現(xiàn)實(shí)中更復(fù)雜。它基本上是互操作性的EOS，與以太坊及其大量克隆項(xiàng)目有很多相似之處。Tendermint的主要目標(biāo)是解決區(qū)塊鏈互操作性問題，它在這個(gè)市場(chǎng)上面臨著強(qiáng)烈的反對(duì)意見。Ark，ICON，Polkadot，AION和類似的項(xiàng)目都有相同的目標(biāo)，所以誰會(huì)脫穎而出還有待觀察。

1.5 參考文檔

1.區(qū)塊鏈 PoS 共識(shí)——Tendermint
2.What is Tendermint? How does Tendermint consensus work?

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的什么是Tendermint？（1）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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