区块链神吐槽引言：
在上周美国旧金山举行的 Blockchain Week 上，康奈尔教授埃米·冈·瑟勒（Emin Gun Sirer）对其领导的BloXroute及Avalanche项目进行宣讲，BloXroute是一个Layer0的底层协议，致力于开发跨链的区块支付网络。
而雪崩协议（Avalanche）则是一个新型的区块链共识协议，分布式系统领域中，不是每天都有人告诉你“我有一个新的突破”。但，Avalanche可以说是一个公式共识算法的重大突破和创新，这个算法家族集成了经典的 Non-Byzanting 共识算法和 Nakamoto 共识算法（即 POW） 两者的特点，做到简单而又强大。
今年5月份，匿名团队Team Rocket同Sirer教授合作，在IPFS上发表了题为“Snowflake to Avalanche: A Novel Metastable Consensus Protocol Family for Cryptocurrencies”的论文。该论文关注于具体的细节和证明上，因此很难被非专业人士理解。而目前国内对这个共识协议还甚少了解，在此，我对它进行一个尽量简化和可视化的分析。
两类共识协议
当许多分布式计算机共享相同的任务和资源时，共识是最重要目标之一。
典型的例子是：在多个服务器上维护金融系统中的帐户余额。金融机构不依靠单一数据库来存储数据，而是利用分布在全球不同地理位置的机器来处理这些交易。他们需要一种方法来让所有这些机器数据是一致的，进而它们所反映的帐户余额也是一致的。
另一个例子是：保持对亚马逊在线购物服务的一致性。为了在全球范围内扩展服务，数据必须（在地理上）分布于不同的大型数据中心上。亚马逊需要定期查看其库存产品，否则可能会发生无法意料的事情。例如，库存的最后一件商品肯能会重复出售给两个不同的人。
共识机制一直是计算机科学中的一个重要问题。 为此，学者和工程师们在过去40年中一直在努力寻找有效的解决方案。在分布式系统领域，目前只存在两组主要的共识协议族。我们接下来将会描述着两组协议族。
经典共识协议BFT
第一类协议被称为经典共识协议BFT，它是由两位伟大的计算机科学家Leslie Lamport和Barbara Liskov在1982年共同开发的。他们两人都是图灵奖获得者（相当于计算机科学家的诺贝尔奖）。我们熟知的国产公链代表小蚁NEO就是采用此共识机制。该协议采用“许可投票、少数服从多数”的记账机制，允许33%的容错，优点是可以快速结算和快速担保交易。
然而，这也是有代价的：
- 它们无法扩展到1000个节点以上。这是因为它们通信成本正比于节点个数的二次方，即O(n?)。
- 他们要求网络中的每个人都知道所有其他参与者。
本质上，他们的安全性取决于法定数量的节点所作出的一致判断，这些节点确认看到同样的事情并进行认定。在构建私链时，这种方法是合理的，但是，当您处于不受信任的节点的动态环境中时，这种方法并不适用。
因此，公链可能需要基于另一种不同的共识协议，当然也有针对经典共识协议作出的一些改进（诸如动态调节节点，修改底层网络拓扑等），但比较适合联盟链的应用场景。
中本聪共识协议POW
2009年，另一个类协议POW被提出来了。中本聪提出了他的新协议系列，并展示了它独特的稳健性：
- 我们不需要知道参与网络的所有节点。任何节点都可以在任何时间点离开或加入，任何矿工都可以提出一个区块并参与系统。
- 它可以扩展到分布在全世界的大量节点和参与者。
然而这些优点也是有代价的，特别是：
- 比特币非常慢，平均而言，用户必须等待大约10–60分钟才能确认他们的交易被存储在链上。
- 吞吐量也非常有限。比特币每秒可处理大约3–7笔交易，当然，这处理速度距离成为世界货币的处理量还相差甚远。
- 最后，比特币消耗了大量的能量；大约相当于4个切尔诺贝利核电站的能量为比特币供电。这些能量都花在了运算上了。
共识家族Consensus family
Emin教授在深入研究前述两种主流共识机制后，受 Gossip 协议的启发，提出了一组BFT协议（简称“共识家族”，Consensus family）。
“共识家族”对诚实节点（Correct nodes）和拜占庭节点（Byzanting nodes）的行为作了提前约定：诚实节点绝不会发出冲突交易，而拜占庭节点也不可能伪造一笔与诚实节点冲突的交易（也就是说，拜占庭节点发出的“伪造”交易，只会与自己以前发出过的交易冲突（比如双花 double spending），但是不可能与诚实节点的交易冲突），拜占庭节点可以伪造许多彼此冲突的交易，但是诚实节点只会采用其中一笔交易。
最终，“共识家族协议”可以保证在存在拜占庭交易的情况下，共识的最终结果只会是接受一组互不冲突的交易集合，“共识家族”也采用了 UTXO 模型。
“协议家族”一共是由 4 个协议构成的，先从 Non-Byzantine 协议开始：Slush，在其基础上逐渐构建?Snowflake，Snowball 和 Avalanche?这 3个 BFT 协议。
- Slush 协议：是“协议家族”的第一个协议，它是一个非拜占庭协议（Non-byzanting protocol，后续三个协议都是 BFT 协议）。Slush协议的特点是：简单状态（simple state），小样本（small sample），反复抽样（repeated sampling），抽样轮数或时间期限（用 m 表示），Slush 协议作为 BFT 协议的原始状态，不能提供完整的 BFT 保证。
- Snowflake 协议：也叫 “BFT Snowflake”，它是“协议家族”的第二个协议，在 Slush 的基础上扩展而来。Snowflake 为每个节点增加一个 counter， 用来记录一个节点当前 color 的可信度。Snowflake 可以保证对最小的状态做出很强的保证。
- Snowball 协议：Snowball 是共识家族中的第三个协议，它对 Snowflake 协议做了改进，添加一个更持久的可信度标志，使得协议安全性更高，进一步增加了共识结果的可靠性（confidence）。Snowball 不仅比 Snowflake 更难攻击，而且协议更加通用化了。
- Avalanche 协议（DAG）：Avalanche 是“共识家族”中的第四个协议，也是最核心协议，它在 Snowball 的基础上添加一个动态的仅限追加（append-only）DAG 结构来记录所有的交易。DAG 结构给雪崩协议Avalanche?带来了两大优势：高效，安全。
共识家族的核心理念：Metastability
共识家族全都基于亚稳态模型（metastable mechenism）。雪崩协议的核心理念也是metastability。共识协议中最糟糕的事情是无法在两个选择之间做出决定，即你不希望它模糊地说两个事件中有一个发生了，实际你期望它能确定两个事件中到底哪个发生了哪个没发生。雪崩协议的matastable协议旨在倾向于选择于两个选项中的一个。
运行中的雪崩协议 核心思想依赖于抽样投票。
为了直观解释该过程的核心思想，让我们看一个简化的例子，如上图所示。 考虑一个想要投票给蓝色或红色的去信任节点网络。
- 网络的单个节点从选择少量随机对等节点（例如五个）开始，并要求他们选择颜色。
- 然后，每个对等节点以投票进行回应，发出请求节点使用该投票来形成所有投票的加权结果。在上图中（在第一帧中），从发起请求的节点角度来看，整个网络基于第一投票倾向于红色。
- 每个参与者都需要重复这一过程。
该协议类似于重复的二次抽样投票过程。这里发生的事情是，即使我们开始在红色和蓝色是一半一半的最糟糕的情况下，在一轮之后，很有可能结果不再是打平手了。此外，在两轮甚至在三轮之打平手的概率将会非常小，打平手的几率会以指数方式衰减。
该协议旨在于倾向某一结果而不是留在模棱两可的中间选项。随着它的倾向性越来越高，网络的感知的颜色将会转移到其中一种颜色。我们向一个结果方向移动的速度（节点对一种颜色投票比另一种颜色更多）将会不断加快，并且在某个时候我们达到不返回点，整个网络已就颜色达成一致。
Avalanche雪崩协议综述
雪崩协议（Avalanche）结合了两者的优点，特别是，
- 快速结算和低延迟：也就是说，在全球范围内实现结算需要大约2-4秒钟。这基本上意味着在4秒后，您的付款就已经处理和验证完成了。（下图Emin教授的ppt中指出：AVA的确认延迟时间只有4秒，相比比特币、以太坊及Alogrand均有大幅提高）
- 更高的吞吐量：每秒可处理1000–10,000个交易。（下图Emin教授的ppt中指出：AVA的TPS达到1300，相比比特币、以太坊及Alogrand均有大幅提高）
- 稳健：网络无需就参与者是谁达成一致。
- 静态协议：最重要的是，协议是绿色的。这意味着它是可持续的，它不会浪费任何能量，并且没有特殊的矿工生态系统，其中矿工的利益与用户的利益无关。
关于协议的一些补充说明：
- 高效的可扩展性：协议是轻量级的，因此提供可扩展性和低延迟。
- 拜占攻击庭容忍度：它可以容忍大量的拜占庭参与者，而不对安全性产生影响。特别地，它可以容忍多达50％的节点作为拜占庭节点（即尝试欺骗网络并保持整个网络不平衡的节点）。但是，它们无法让两个节点决定两种不同颜色。
- 平等主义生态系统：雪崩协议产生了一个平等主义的生态系统，即网络中的所有节点都是相同的。 没有矿工，也没有特权。
- 冲突交易不受保护：如果攻击者试图在两次不同的交易中花费相同的钱两次（双重支出），那么雪崩协议将无法在这两种交易之间做出选择，导致这笔钱丢失。经典共识和中本聪协议将会选择其中一个交易，但是雪崩协议不会。这是雪崩协议的一个非常有趣的属性，它会隐式而又自然地惩罚坏的角色，而协议本身没有增加任何额外的复杂读。
结语：
共识机制是区块链的灵魂，共识机制的算法设计直接决定了区块链的交易速度，交易吞吐量TPS。人们经常谈论比特币中使用的共识协议，就好像它是一种纯粹的去中心化的方法，可以平等地对待所有网络参与者的意见。不幸的是，在比特币中决策主要是由矿工做出的。
相比之下，雪崩协议将共识问题与管理问题分开。每个都是模块化和独立化地处理。通过gossip协议与循环采样的智能组合形成共识。同时，通过抽样和投注股份实现公平治理，从而实现用户与其决策之间的直接联系。
我们注意到一些热门项目诸如Perlin已经开始搭建在雪崩协议Avalanche之上：https://medium.com/opentoken/perlins-implementation-of-avalanche-1cf7dceadd06
雪崩协议Avalanche目前尚未得到大规模应用，但考虑到其独特创新之处，我们认为其可以比肩Algorand项目值得重点关注。
参考文献：
-Cryptoconf 2018, Emin Gün Sirer talk?—?Snowflake to Avalanche
-Snowflake to Avalanche: A Novel Metastable Consensus Protocol Family for Cryptocurrencies, Team Rocket, 2018
-SFBWofficial 2018,?Emin Gün Sirer talk: ?Ava protocol with new consensus family
订阅号：共识未来
功能介绍
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公链战局突变，为什么是Avalanche杀出重围？
原创 了了 Odaily 5天前
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剖析Avalanche爆发的四大原因。
作者：了了；编辑：郝方舟
出品 | Odaily星球日报（ID：o-daily）
公链再次吸引了整个市场的眼球。
从走进通缩纪元的以太坊，到生态体系日趋完善的 Solana，再到启动了巨额生态激励计划的雪崩协议（Avalanche）和 Fantom，公链赛道的各大项目们在过去的近一个月时间内相继发力，在推进自身发展节奏的同时，也纷纷于二级市场上实现了价格的突破。
一众公链项目之中，雪崩协议（Avalanche）的表现尤为亮眼。自 8 月 18 日官宣了总价值 1.8 亿美元的流动性挖矿激励计划「Avalanche Rush」以来，雪崩协议代币 AVAX 于 23 美元左右强势拉升，最高一度涨至 57.6 美元，最大涨幅约 150%，在市场经历了一轮大幅调整后，AVAX 也实现了快速复苏，截至 9 月 10 日 13:40，AVAX 报价 44.15 美元，较 18 日时价格涨幅仍高达 92%。
更为惊艳的数据体现在了生态锁仓总价值（TVL）上，Fomocraft 数据显示，Avalanche 生态锁仓总价值在八月实现了 1066% 的高速增长，同期增速大幅甩开了持续高光的 Solana 以及同样启动了巨额流动激励计划的 Fantom。
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细看 Avalanche 蓬勃的基本面
如果用一个词来形容 Avalanche 当前的基本面状况，「蓬勃」似乎是最好的选择。
项目质量往往是市场判断某个生态发展状况的一大重要依据。过去一段时间，Aave、Curve、SushiSwap等多个龙头项目已相继宣布了与 Avalanche 的合作协定，将于近期内集成至 Avalanche，并基于 Avalanche Rush 分别向流动性提供者分发 2000 万美元、700 万美元、1500 万美元的 AVAX 激励。
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对于 DeFi 用户而言，龙头项目的选择就是最好的风向标，受其旗帜效应影响，大量新用户纷纷开始试足 Avalanche。Ava Labs数据显示，Avalanche 八月活跃地址数量已大幅刷新历史记录，较七月数据增长四倍有余；九月趋势则更为理想，虽然仅仅过去了一周多的时间，但本月活跃地址数量已突破了 6 万个，大有续刷新高的趋势。这些新入场的用户中不乏巨鲸的身影，社区调查指出，一个疑似归属于 SBF 的地址已在 Avalanche 上配置了 1.7 亿美元的资金。
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用户及资金的持续流入为 Avalanche 带来了源源不断的活水，也滋润了生态之内的原生项目。Markr 数据显示，截至 9 月 10 日 13:35， Avalanche 生态内的总锁仓量已达26.4 亿美元。其中，8 月 19 日刚刚上线的算法流动性市场协议 BENQI 贡献了绝大部分的锁仓数据，在 Avalanche Rush 的激励加持下，该协议用了三周左右的时间就已积累了 17 亿美元的流动性，成为了本轮 Avalanche 生态数据暴涨的绝对主力。除此之外，Pangolin、Trader Joe、Penguin、Avalaunch 等多款 Avalanche 原生项目在过去一段时间内的业务数据表现均有显著提高。
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Avalanche 做对了什么？
自 BSC、Polygon（严格来说是依附于以太坊的侧链，但运行机制与公链较为接近，姑且放在一起比较）的增长速度逐渐放缓后，新兴公链的竞争便进入了一个相对静态的阶段。虽然各大项目都未曾停下基础设施搭建以及应用扩展的脚步，但在过去较长一段时间内，没有哪一家公链呈现过与其他项目截然不同的爆发级增长态势。
客观来说，虽然 Avalanche目前的生态体量尚无法在新兴公链中“傲视群雄”，但就增长态势来看，该生态近期强势的基本面表现已显现出了一些“冲出大部队，领跑赛道”的趋势。
那么，Avalanche 究竟做对了些什么？与其他竞争对手相比，该公链究竟有哪些优势？为什么单是它杀出了公链重围？结合项目基本情况及近期动态，Odaily 星球日报归纳认为，Avalanche本轮的爆发可以归结为四方面因素。
因素一：底层优势
对于公链来说，底层网络的质量是一切故事的基础。
相较于其他公链，Avalanche 最大的特色在于其共识机制。在康奈尔大学教授 Emin Gün Sirer 的带领下，Avalanche 设计了一款基于随机抽样和亚稳态决策的新型共识机制，该共识兼顾了依赖通信传输的「经典拜占庭共识协议」和依赖工作量证明创造链式结构的「中本聪共识协议」的优势，同时解决了「经典拜占庭共识协议」扩展性弱、鲁棒性弱和「中本聪共识」延迟高、吞吐量低、过度消耗资源的问题。
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这一共识机制的优势可体现在 Avalanche 独特的交易确认方式上。当一笔交易广播至 Avalanche 网络后，如果交易有效，验证者会经历一个「重复随机抽样」的过程，即在系统验证者中随机挑选出一部分节点参与区块验证。如果多数节点对事件叙述相同，那么即判断为真，如果大多数节点给出不同答案，则切换事件内容，重复采样直到结束。
基于这套共识模式，Avalanche 可支持数千个节点同时参与交易验证，既无需放弃网络性能（全网集体验证），也无需放弃去中心化程度（超级节点机制），这样就实现了对性能及去中心化的兼顾。相较于 BSC 等 PoA 类链以及 Polygon 等侧链方案，Avalanche 网络可以在提供卓越性能的同时实现更高层级的安全性。
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从构架上看，Avalanche 采用了 X 链、C 链、P 链的三链结构。X 链为交易链，主要处理个人之间点对点的资产创建及交易事务；C 链为兼容 EVM 的智能合约链，前文提到的所有 DeFi 项目均构建于 C 链之上；P 链为平台链，主要负责代币质押、协调网络验证者、创建自定义子网等事务。三链各司其职，却又相辅相成，进一步解放了 Avalanche 的网络性能。
性能优势意味着更好的使用体验。对于开发者以及普通用户来说，Avalanche 之上没有高昂的链上操作成本，也没有迟缓的交易确认时间，部署或使用 DeFi 应用的成本及时间都将大大缩减。
反观当前 DeFi 活动的主战场——以太坊。虽然在 519 之后的一段时间里，以太坊主网的 gas 价格曾有过一段时间低谷期，但在经历了近期的EIP 1559升级后，以太坊 gas 价格不降反增，一笔普通的链上交易往往需要数十甚至是数百美元的 gas 费用，糟糕的链上体验让开发者及用户不得不转头去寻找其他土壤。这也是 Avalanche 以及其他新兴公链能够崛起的一大前置条件。
因素二：生态激励
“搞生态，就要舍得砸钱。”
这是公链赛道内流传已久的一句话，话虽糙但理不糙，资金永远是逐利的，DeFi 世界自然也不会例外。
Avalanche 本轮生态爆发的主要原因当属「Avalanche Rush」激励计划的推出，从下图 Debank的图表中可以清晰看出，Avalanche 生态 TVL 的暴涨开始时间正是 8 月 18 日，也就是该计划官宣之日。且不说用户进来之后是否发生了观念变化，绝大多数近期才进入 Avalanche 生态的新用户想必都是冲着 1.8 亿美元（按当前市场价格计算可能已达到 4 亿美元了）的激励去的。
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这不禁让我想起来了此前 Polygon 爆发的走势。与 Avalanche 类似，Polygon 也是在推出了 1 亿美元的流动性激励基金后才迎来了用户及资金量的暴涨。巧合的是，Polygon 之上最早的一批激励基金合作应用正是 Aave、Cvure、Sushiswap，这与「Avalanche Rush」的情况不谋而合。稍有不同的是，Avalanche 此次给出的激励力度更大，虽然后续实际的激励数额会随着二级市场的币价波动而变化，但 1.8 亿美元的初始投资足以看出 Avalanche 官方的决心之坚定。
对于普通用户来说，分享这 1.8 亿美元的方式相当简单，只需要在官方提及的合作项目中（三大龙头暂未上线，当前只有 BENQI、Pangolin ）提供流动性即可，Avalanche 会依照相应规则以 AVAX 的形式为所有流动性提供者分发代币奖励。
因素三：跨链桥升级
跨链桥的升级是 Avalanche 本轮生态爆发的另一大关键原因。
今年二月，Avalanche 曾推出了第一代跨链桥 Avalanche - Ethereum Bridge（AEB），但作为初代产品，该桥在安全性、跨链速度、费用成本上仍存在着较大的改进空间。时隔半年，在广泛听取了用户建议后，Avalanche 于 7 月 29 日发布了新一代跨链桥产品 Avalanche Bridge（AB）。
AB 依托于 Intel SGX 技术构建。与当前市面上较为主流的合约托管型跨链桥不同，但 AB 并没有使用智能合约去管理跨链资金，而是在 Intel SGX 的可信环境内生成两个普通的 Ethereum 和 Avalanche 地址，来完成跨链资金的管理和铸造。具体的跨链流程如下图所示：
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AB 这一思路与 Celer 此前推出的 cBridge 存在一定的相似之处，二者都放弃了屡屡发生安全事件的合约型跨链资金托管方案，而是选用了普通地址来直接处理跨链需求。不同点在于跨链交易的验证机制，cBridge 是通过额外一笔交易来解开特定交易对应的哈希锁，AB 则是直接在 Intel SGX 内部利用 Master Secret 生成地址私钥，外部的看守人（Warden）可通过 Intel SGX 分享出的碎片逆向重构出 Master Secret。
从安全性角度来看，AB 的这一方案在很大程度上摆脱了合约本身的安全风险，但整个跨链系统的可行性在很大程度上会取决于 Warden 的诚信度，不过就当前来看，Avalanche 已公开了四个初始 Warden 的真实身份——Fulgur Lab、BWareLabs、Halborn、Ava Labs，所以诚信度暂时并不需要太过担心。
从跨链执行速度及相关费用成本来看，AB 较之 AEB 也有着明显提升。目前，一笔跨 Ethereum - Avalanche 的完整交易大概需要 6-9 分钟的时间。至于费用，由于 AB 的跨链机制采用的是普通地址，因此交易的复杂程度会远低于合约型交易，具体的费用水平会更接近与常规的转账交易费用。
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跨链桥的升级成功打通了从以太坊生态进入 Avalanche 生态的通道。Avascan 数据显示，截至 8 月底，AB 桥接的资产总价值已突破 15 亿美元，这一数字与 Avalanche 生态近期总锁仓量的增幅基本相符。
因素四：「交易所 - C 链」路径打通
如果说跨链桥 AB 打开的是 DeFi 世界通往 Avalanche 生态的入口，那么「交易所 - C 链」路径打通的就是 CeFi 通往 Avalanche 生态的入口。
前文曾提到过，为了进一步解放网络性能，Avalanche 采用了 X 链、C 链、P 链的三链结构。这一结构虽然取得了理想的效果，但也给用户带来了更大的学习成本。
此前，由于 C 链生态体系尚未完善，从中心化交易所向 Avalanche 网络提币（AVAX）默认会去往 X 链（交易链），用户如果想要将资金在这三链之间划转，需要通过官网相关界面执行，不同链间有时还会涉及地址格式的变化，整体流程较为复杂。
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针对这一情况，Avalanche 正在逐步打通各大交易所直接提现至 C 链的通道，以满足那些习惯将资金存放于中心化交易所，但逐渐对 DeFi 感兴趣的用户。截至发文，币安、OKEx、Gate.io、抹茶等多家交易所的这一提现路径均已成功打通。
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这样的爆发式增长可持续吗？
在 Avalanche 基本面爆棚之际，关于其增长是否可持续也存在着一些质疑之声，尤其是 SBF 入场的消息传出之后，部分用户开始担心大户惯性的“挖卖提”操作是否会加速 Avalanche 生态矿产的生命周期。
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回答这个问题，需要先认清 Avalanche 的生态增长已经走到哪个阶段了。继续以 Polygon 作为对比目标，DeFinance Capital 分析师 Bailey 在推特上贴出了一组数据统计，自 Polygon 官宣了生态计划后，该生态的活跃地址总量增长了 29 倍，反观 Avalanche，近期活跃地址增长数量仅为 4 倍。
从资金角度来看，作为此前 Polygon 生态数据增长主力的 Aave、Cvure、Sushiswap 当前暂时都还没有上线。在 Aave Polygon 版本业务巅峰期，单此一项应用的总锁仓价值便高达数十美元，超过了 Avalanche 当前生态锁仓总量。
虽然两大生态启动的时间点以及相对应市场环境并不相同，但从具体的用户数据及资金总量对比来看，我们仍倾向于预测 Avalanche 还有着很大的增长空间，站在未来的某个时间点回头看，或许当前所谓的“爆发”只是其增长大势中的一小段加速期而已。
