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Sui Mempool and Consensus Engines

这是对 Mysten Labs 提供的高吞吐量内存池和共识引擎 Narwhal 和 Bullshark 的简要介绍。Sui 默认使用 Narwhal 作为内存池，使用 Bullshark 作为共识引擎，以对需要总排序的事务进行排序，同步验证者之间的事务，并定期检查网络的状态。

这些名字突显了这些组件分担的责任：

  • 确保提交给共识的数据的可用性 = Narwhal
  • 就这些数据达成特定的排序 = Bullshark

Sui 共识引擎代表了几十年来关于多提议者、高吞吐量共识算法的最新变体，可以实现每秒超过 125,000 笔交易的吞吐量，对于包含 50 个参与方的部署，延迟为两秒，具备生产加密、永久存储和分布式主工作器架构。

Sui 共识引擎方法可以在以下情况下提供显著的可扩展性优势：

  • 实验过更大块的区块链，并在执行阶段之前测量了失控的延迟
  • 具有快速执行的区块链（例如，专注于交易或具有 UTXO 数据模型），但内存池和共识无法跟上

特点​

Narwhal 内存池提供：

  • 高吞吐量的数据可用性引擎，具有在主节点处的数据可用性的加密证明
  • 用于遍历此信息的结构化图数据结构
  • 分配磁盘 I/O 和网络需求的工作器的扩展架构

共识组件提供零消息开销的共识算法，利用图遍历。

架构​

Narwhal 实例建立了一个消息传递系统，由一组 3f+13f+1 股权单位组成，分布在一组节点之间，并假设一个计算上有界的对手，该对手控制网络并可以腐败持有多达 f 股权单位的参与方。验证者合作形成一个无领导图，其中包含交易的批次 - 文献（在 DAG-based 共识的上下文中）将其指定为 块，而 Sui 标记为 集合，强调这发生在未指定共识算法使用内存池数据的上下文中。

图的 顶点 由经过认证的集合组成。由其验证者作者签署的每个有效集合必须包含一个回合数，并且必须由验证者股权的四分之三（2f+1）签署。这 2f+1 个签名称为 可用性证书。此外，该集合必须包含指向上一轮的有效证书的四分之三的哈希指针（即具有 2f + 1 股权单位的验证者的证书），这构成了图的 边。

每个集合是以以下方式形成的：每个验证者都 可靠地广播 了每一轮的集合。在指定的有效条件下，如果具有 2f + 1 股权的验证者接收到一个集合，他们将用各自的签名确认它。 2f + 1 个验证者的签名形成一个可用性证书，然后在第 r + 1 轮共享并可能包含在该轮的集合中。

以下图表示了构建这样一个 DAG 的五轮过程（1 到 5），参与其中的权威为 A、B、C 和 D。为简单起见，每个验证者持有 1 股权单位。A5 最新一轮中由 A 明确承认的集合在图中以实线表示。

工作原理​

  • 图的构建允许在每个权威和每轮中将更多的交易插入系统。
  • 证书证明了每个集合或块在每轮的数据可用性。
  • 它们的内容构成了一个在每个诚实节点上可以以相同方式遍历的 DAG。

依赖关系​

Narwhal 使用 Tokio、RocksDB 和在 fastcrypto 中实现的通用加密。

配置​

要进行 Sui 共识引擎的全新部署，请按照 Running Benchmarks 中的说明操作。

进一步阅读​

Narwhal 和 Tusk（Danezis 等人，2021）是一种利用有向无环图（DAG）的共识系统。基于 DAG 的共识在过去的 30 年里得到了发展，其中一些历史总结在（Wang 等人，2020）中。Narwhal 和 Tusk 的理论祖先是 DAG-Rider（Keidar 等人，2021）。

Narwhal 和 Tusk 采用 异步模型 进行开发。Narwhal 和 Tusk 的部分同步变体称为 Bullshark（Spiegelman 等人，2022）。

Narwhal 和 Tusk 最初是在 Facebook Novi 作为 研究原型 开发的。

Bullshark: DAG BFT Protocols Made Practical - Bullshark 取代了 Tusk，性能更优。

Bullshark: The Partially Synchronous Version - Bullshark 的简化版本，是今天 Sui 中使用的版本。

DAG Meets BFT - The Next Generation of BFT Consensus - 解释了 Sui 使用的共识协议的演变。

参考文献​