AVA:研究報告：“雪崩”為何引起關注？

1.引言

近期，Avalanche主網正式上線，OKEx也已經上架Avalanche原生代幣AVAX，曾獲得“共識協議3.0”之稱的Avalanche重回大眾視野，為何Avalanche一舉一動受到如此大的市場關注？

這一切要從2015年5月說起，康奈爾大學出現了一篇《從“雪花”到“雪崩”：一種新型的亞穩態共識協議族》的論文，在市場上引發了雪崩式的迅速反響，成為可以和中本聰的PoW機制、以太坊智能合約相媲美的顛覆性技術創新。

2.結合早期協議優點并改進缺點

正如康奈爾大學教授埃米·岡·瑟勒所言：“Avalanche描述了一種新的共識協議，它將中本聰共識協議與經典共識協議相結合，這是一次重大的突破”。在此之前，經典共識協議和中本聰共識協議是早期兩類解決分布式系統拜占庭問題的主要共識協議。

分布式系統中的共識問題一直是計算機科學領域的重要話題，而拜占庭將軍問題則是重中之重。戰爭時期，在軍隊可能有叛徒和間諜的情況下忠誠的將軍如何達成一致的意見，這便是拜占庭將軍問題。經典共識協議由圖靈獎得主蘭伯特提出，具有強一致性、高效的特點，但也有通信成本高、節點無法自由進出的缺點。

中幣（ZB）市場研究報告：若多頭突破阻力位，比特幣價格或將再創新高:據中幣（ZB）市場研究報告顯示，在牛市的勢頭下，比特幣在上周內強勁反彈并突破月度阻力位，創造了新的歷史高點。本周的重點是57318美元將作為新支撐位，61294美元將作為新阻力位以及這兩者之間的區間。如果多頭將比特幣價格推高至新阻力位以上，那么比特幣將繼續上漲至65000萬美元的創紀錄高點。但與此相反，如果空頭跌破新支撐位，則可預期比特幣在上周反彈后將出現修正，至52390美元的低位。此外該報告還對ETH和LTC做出了一周技術分析，更多詳情請查閱中幣（ZB）官方發布的研究報告。[2021/3/15 18:46:12]

圖1：經典共識協議工作原理

資料來源：《區塊鏈技術指南》，OKExResearch

StarkWare發表由以太坊基金會資助的STARK友好散列函數研究報告:零知識證明研發機構StarkWare發表研究報告STARK友好的散列函數——調研與推薦，記錄了以太坊基金會如何選擇標準化的STARK友好的散列函數（SFH）。2018年7月，以太坊基金會給StarkWare一筆為期2年的階段性捐贈，用于選擇STARK友好的散列函數，這樣就可以將區塊鏈的透明度與后量子安全證明系統結合使用，并為基金會發布一個開源高效的STARK系統。[2020/8/10]

而著名的中本聰共識協議則創造性地用概率保證實際運行的共識，解決了節點無法自由進出的問題，但是成本高昂問題仍未被解決。

圖2：中本聰共識協議工作原理

資料來源：OKExResearch

瑞典央行發布央行CBDC研究報告討論瑞典克朗電子版不同模式:瑞典央行對央行數字貨幣(CBDC)在本國市場的可行性進行了研究，結論喜憂參半。在6月18日更新的一份長達96頁的經濟報告中，瑞典央行提出了提供瑞典克朗電子版的四種模式，并概述了不同模式如何符合其政策目標。這些目標包括促進穩定的價值儲存手段和記賬單位，成為最后貸款人(LOLR)，提供安全的支付和結算手段，并提供維護金融穩定的工具。在此背景下，研究中的四種模式包括“沒有中介的中心式電子克朗供應模式”、“有中介的中心式模式”、“有中介的分布式解決方案”和“合成電子克朗”。該報告寫道：“我們已經看到，所有的模式都有優點和缺點，但有些似乎更能滿足目前瑞典支付市場的需求。”（Coindesk）[2020/6/24]

Avalanche共識協議則結合了兩類協議的優點：借鑒了中本聰協議概率性安全保障的設計，同時加入了BFT屬性，增加系統的效率和安全性。

3.Avalanche原理：“雪花”到“雪崩”的層層完善

分析 | 研究報告：數字貨幣可幫助防止腐敗和資產轉移:據news.bitcoin刊文，布魯金斯學會網站上發表的一份報告顯示，數字貨幣和區塊鏈可以幫助防止欺詐和腐敗。由于信息獲得和核對更快捷，可降低執法成本,提高監督效率和有效性。數字貨幣更被認為是幫助非洲國家打擊腐敗和非法轉移資產的關鍵所在。[2018/9/26]

正如Avalanche白皮書提到的“雪花”到“雪崩”過程，Avalanche的4個子協議組成正是從最簡單的Slush協議，到Snowflake、Snowball和Avalanch，逐步完善，形成了“雪花”到“雪崩”的質變。

3.1.“雪泥”Slush協議：萬物之初

Slush協議是最基礎的“雪泥”，通過多次隨機抽樣來達成共識。為便于理解，這里我們以投票確認顏色為例。節點達成共識的步驟如下：

初始狀態時所有的節點均未著色；

當節點A收到信息時，未著色的節點將信息顏色設為自己的顏色，并詢問其他節點的顏色；

英國皇家學會發布對加密貨幣市場的研究報告:在英國皇家學會發表的一份同行評議的開放科學期刊中，發布了一項關于加密貨幣市場的新研究。在“加密貨幣市場的進化動態”中，四位知名學者在2013年4月至2017年5月期間通過研究1469種加密貨幣，對整個加密市場進行了科學的分析。該研究得出結論，盡管劇烈波動本身就是加密貨幣市場的一部分，但新的“生態”研究聲稱，多年來，加密市場內的幾個統計屬性都是穩定的。[2018/1/4]

未著色的節點B收到詢問，將自己染成相同顏色并回復；已著色的節點C收到詢問會回復自己的顏色；

節點A收到多個響應后，如果大多數顏色和自己的一直，則不改變顏色，否則改變顏色，即以大多數其他節點的顏色反饋來校正自己的顏色。

Slush協議就已經解決了經典共識協議通訊成本高的問題，還用部分抽樣等方式避免了中本聰共識協議高能耗的問題。后續協議的改進主要為了提升共識協議安全性。

3.2.“雪花”Snowflake協議：初步改善

在拜占庭節點存在的情況下，Slush不能提供強大的安全保證。為此，Snowflake作為升級版協議引入了計數器來增加系統的安全性。

具體而言，網絡中的攻擊節點故意散播錯誤的顏色，可能導致Slush某一輪統計得到錯誤的顏色，而Snowflake的計數器統計了某種顏色連續出現的次數，只有某種顏色連續出現多次，節點才會改變自己的顏色。如此避免了拜占庭節點帶來的干擾，確保了系統的安全性和活躍度。

3.3.“雪球”Snowball協議：深入升級

Snowball在Snowflake的基礎上更進一步地。引入了類似信譽積分的制度——信任度，以提高安全性。

具體而言，Snowflake協議的改進如下：

每成功查詢一次，節點就為該顏色的信任度加1分；

節點會切換為信任度較高的顏色。

Snowball協議不僅比Snowflake更難遭受攻擊，而且更容易推廣到多命令協議。

3.4.“雪崩”Avalanche協議：量變到質變

終極Boss“雪崩”——Avalanche又在Snowball的基礎上增加了有向無循環圖來記錄所有的交易狀態。在DAG中，如果想給從創世點到某節點路徑上的所有節點都投票只需要給該節點投票，大大提高了效率。其次，DAG有著類似于區塊鏈的鏈式結構記錄交易信息，使得過去的交易信息很難被篡改，進一步提升了安全性。

圖3：DAG示意圖

資料來源：《區塊鏈新共識算法SnowflaketoAvalanche》，OKExResearch

3.5.Avalanche協議：集前期協議之大成

吸取了早期兩個共識協議的優點，并經過4個協議層次遞進、逐步改善，Avalanche協議具有許多優良特性。

高效的可擴展性：輕量級，可擴展，低延遲；

高拜占庭容錯：即使網絡中有超過50%的節點是拜占庭節點，網絡依然是安全的;

靜態綠色：與PoW機制不同，Avalanche協議不會浪費任何資源;

低通信成本：Avalanche協議比傳統共識協議的通訊復雜度更低。

4.零確認交易與Avalanche協議

Avalanche剛面世時，人們還沒有發現Avalanche協議與零確認交易之間有什么關系。然而在2018年12月左右，BCH社區的技術人員ChrisPacia發表一篇文章，認為可以使用Avalanche協議來保證零確認交易的安全性，一時起千層浪，引發了市場的廣泛興趣。

Avalanche協議的確認需要多次抽樣，為縮短確認時間，則抽樣次數必須受到限制，這意味著，惡意節點超過一定比例后，在有限抽樣里誠實節點無法達成共識。為此，ChrisPacia認為可以引入PoW機制來保護網絡的安全，防止黑客的攻擊節點數量太多。

5.Avalanche現狀：眾望所歸

自2018年Avalanche白皮書發布以來，受到了廣泛的首肯心折，許多VC相競為之折腰。2019年，雪崩協議Ava獲得了a16z、PolychainCapital等機構600萬美元融資。2020年6月，AVALab又完成了一筆1200萬美元的代幣私募融資，同年7月，又獲得IOSGVentures的戰略投資，并就中國市場未來發展達成獨家戰略合作協議。根據最新消息，AVA的公募將于7月8日開啟。

6.結語

Avalanche結合了早期兩種共識協議的優點并改進其缺點，具有高拓展性、靜態綠色以及低通信成本的優點。同時，從Slush到Avalanche層層遞進、逐步完善，引入計數器、可信度、DAG等，日臻完善，并且有可能實現零確認交易。

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