区块链论文： Bitcoin-NG: A Scalable Blockchain Protocol

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发现已有几篇中文博客描述这篇论文，但是本文跟它们的不同点在于，希望站在高层视角，结合图片来理解Bitcoin-NG所解决的问题和解决方法。

本文的主要内容来自论文Eyal I, Gencer AE, Sirer EG, Van Renesse R. Bitcoin-ng: A scalable blockchain protocol. In13th {USENIX} symposium on networked systems design and implementation ({NSDI} 16) 2016 (pp. 45-59).

Bitcoin-NG，NG表示next generation，下一代比特币

现存问题 & The high-level view：

比特币平均10分钟出一个快，每个块大小限制在1MB，使用隔离见证技术之后可以达到2MB一个块，每秒最大的交易速度是7. 所谓低吞吐，高延迟，严重限制比特币（区块链）在企业级的应用。如何提高比特币的吞吐量和减低系统延迟呢？为了方便描述，我们将成功解决工作量证明难题的矿工叫做leader，那么一个矿工成功算出一次WoP并成功打包一个区块，我们叫这个过程为一个新leader的选举。注意的是，比特币使用WoP的作用是选出具有打包资格的leader。我们发现，比特币的leader选举和区块的打包是一起完成的。每一次选举一个leader的同时才打包一次。我们思考，如果将这两个过程分开，让两者以不同的速率工作，比如10分钟一次leader选举，但每30秒打包一次，并且这期间所有的区块都由这个leader打包，这样是不是就可以提高系统的吞吐量了？这便是Bitcoin-NG的总体思路。

如果上图第一行表示的是bitcoin的合并在一起的leader选举和区块打包，那么第二行表示bitcoin-NG的分开进行的leader选举和区块打包，其中蓝色的一个横条表示一个交易。在bitcoin-NG中，leader选举的区块叫key block，里面不含交易数据；含交易数据的区块叫micro block。

选举leader的方式跟bitcoin一样：任何矿工成功解决了WoP难题之后，就是当前时期的leader，成为leader之后，它的公钥就会保存在一个新的key block中，在该时期中，它负责打包所有的区块。因为micro block不需要挖矿，所以生成它代价很小也很快。因此，恶意的leader可能一次生成不同的micro block，发给不同的节点，使得整个区块链形成叉链，从而达到重复花费的目的（double spending attacks）。为了解决这个问题，bitcoin-NG引入poison transaction和proof of fraud，如果其他leader发现之前有某一个leader有这样的作恶行为，就生成一个proof of fraud，举报，且有5%的举报奖励费。并让那个作恶的leader的挖矿奖励失效。

Bitcoin-NG同样存在叉链问题，如上图所示，主要出现在新leader选举完成的时候，比如leader B可能由于网络延迟的原因看不到A3和A4这两个micro blocks。解决方法是让B等待一定的网络延迟时间段，再将key block B链接到前面的A所生成的micro blocks。

end，thx

Reference

Eyal I, Gencer AE, Sirer EG, Van Renesse R. Bitcoin-ng: A scalable blockchain protocol. In13th {USENIX} symposium on networked systems design and implementation ({NSDI} 16) 2016 (pp. 45-59).

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