確定性 = 敲定 = 不可逆：不會(huì)出現(xiàn)“沖突”的情況

活性：有效交易最終必定會(huì)上鏈

沖突 = 分叉：非預(yù)期的分叉會(huì)導(dǎo)致雙重支付等各種問(wèn)題，是不安全的

GRANDPA要解決的問(wèn)題：保證區(qū)塊鏈的確定性。波卡將GRANDPA與BABE分成兩個(gè)模塊，BABE提供活性和概率的確定性，GRANDPA提供確定性。GRANDPA共識(shí)與BABE或者比特幣的POW不同，BABE和比特幣的POW是概率確定性，而GRANDPA共識(shí)要做到100%不可逆。之所以需要做到不可逆，因?yàn)椴ǖ目珂溙匦?，需要保證跨鏈的交易一旦執(zhí)行，絕不可能在原鏈上被撤銷。

要解決這個(gè)問(wèn)題還需要分別解決下面三個(gè)問(wèn)題：

問(wèn)題1：不要全部節(jié)點(diǎn)確認(rèn)才成為不可逆的問(wèn)題

因?yàn)槲覀儧](méi)辦法保證所有節(jié)點(diǎn)都會(huì)對(duì)某個(gè)塊進(jìn)行確認(rèn)，畢竟網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)的原因會(huì)一直存在，否則會(huì)極大影響效率。因此我們提出了各種BFT算法，在部分節(jié)點(diǎn)確認(rèn)的情況下，保證網(wǎng)絡(luò)的安全性。

這里會(huì)用到BFT 2次共識(shí)，之所以需要2次是因?yàn)椋喝缟蠄D，如果只有1次確認(rèn)節(jié)點(diǎn)，會(huì)有2個(gè)塊高度為101的區(qū)塊成為了不可逆，造成“沖突”。不會(huì)立馬成為commit，會(huì)先成為pre-commit，然后pre-commit經(jīng)過(guò)2/3共識(shí)后才會(huì)成為commit，就根本沒(méi)有任何情況能讓2個(gè)N同時(shí)成為commit。

問(wèn)題2：敲定過(guò)程中的大量網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)南膯?wèn)題

因?yàn)樾枰?次共識(shí)廣播，所以GRANDPA的復(fù)雜度是O(n^2)，隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，效率也會(huì)大幅下降，比如EOS雖然只有21個(gè)出塊節(jié)點(diǎn)，但它敲定的時(shí)間大概需要3分鐘左右，而波卡的目標(biāo)是全網(wǎng)1000個(gè)節(jié)點(diǎn)。

因此GRANDPA不是對(duì)每個(gè)pre-commit塊進(jìn)行逐個(gè)投票，而是將過(guò)程分為預(yù)投票和預(yù)執(zhí)行，對(duì)當(dāng)前最高塊進(jìn)行投票，通過(guò)拆解區(qū)塊結(jié)構(gòu)，可以一次確認(rèn)若干個(gè)塊，極大提高敲定效率。

如下圖，每個(gè)節(jié)點(diǎn)選出自己認(rèn)為最高塊，從而確定本輪新敲定的塊。

問(wèn)題3：出現(xiàn)意外或者惡意節(jié)點(diǎn)的問(wèn)題

問(wèn)題1和2中都只考慮理想的誠(chéng)實(shí)節(jié)點(diǎn)的情況，但實(shí)際運(yùn)行時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)其他情況導(dǎo)致“沖突”，比如下圖，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)情況不好，導(dǎo)致兩邊的藍(lán)色誠(chéng)實(shí)節(jié)點(diǎn)無(wú)法同步，他們各自提交自己收到的區(qū)塊，而當(dāng)中的惡意節(jié)點(diǎn)對(duì)兩邊的提交都進(jìn)行簽名（雙簽），從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)“沖突”。除此之外，大量節(jié)點(diǎn)離線也導(dǎo)致問(wèn)題。

針對(duì)這類問(wèn)題，GRANDPA具有一項(xiàng)稱為“安全責(zé)任”的功能，即通過(guò)扣除節(jié)點(diǎn)抵押并將其從節(jié)點(diǎn)集中剔除，使驗(yàn)證者對(duì)違反安全性的行為負(fù)責(zé)。如果你想要重寫一個(gè)之前的區(qū)塊，除了需要能夠控制超過(guò)2/3的節(jié)點(diǎn)外，你還需要承受這2/3節(jié)點(diǎn)的抵押被系統(tǒng)扣除的成本。

GRANDPA的缺點(diǎn)：GRANDPA最大的缺點(diǎn)是敲定時(shí)間的不確定性，Edgeware上線初期就出現(xiàn)過(guò)幾個(gè)小時(shí)無(wú)法敲定區(qū)塊的現(xiàn)象。不過(guò)任何設(shè)計(jì)都有代價(jià)，只能說(shuō)這是GRANDPA追求節(jié)點(diǎn)數(shù)量（去中心化），必須付出的代價(jià)。

參考文獻(xiàn)：

- Polkadot Consensus Part 2: GRANDPA - Polkadot共識(shí)第2部分: GRANDPA - GRANDPA Block Finality in Polkadot: An Introduction - Polkadot的區(qū)塊最終確定性祖父協(xié)議GRANDPA：簡(jiǎn)介 - DPOS3.0+BFT為什么需要2次2/3共識(shí)

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