解读树图Conflux区块链之网络结构

➤从比特币谈起

 

 

 

 

 

一直以来，很多人以为比特币是一个整齐的区块链条。然而，事实上并非如此。由于区块链网络庞大，矿工之间互相通讯不能做到完全同步，所以会出现不同的矿工同时挖出新的区块，或者出块时间相差很小，其他的矿工收到出块信息以后会继续生产新的区块，只有最长链可以得到认可。所以，在比特币网络上，时常会出现这种不在最长链上的临时分叉的区块，这种区块是废弃的孤块，孤块中的交易信息其实并没有错误，只是由于网络通讯导致其没能成为最长链。

 

而生产孤块的矿工消耗算力计算哈希，最终没有得到奖励。这种情况在比特币网络是比较常见的，这导致比特币网络的算力浪费进一步增加。

 

除此以外，在比特币网络上，因为只有唯一的一条路径，比特币网络经常出现“待确认交易”，只有之前的区块被确认以后，其后的交易才可以打包写入新的区块。

 

 

➤以太坊叔块

 

 

 

 

以太坊引入了叔块的概念，对于链上临时分叉出来的块，满足一定条件给予一定的奖励。

 

但是，以太坊叔块需要满足一定的条件，例如上图中块A，它引用的是过早的区块，所以不能成为叔块、不能获得叔块奖励。

 

再比如图中的块B，它引用的是一个叔块，所以它也不能成为叔块、不能获得叔块奖励。

 

即使一个区块成为叔块，它也不能获得和普通区块一样多的奖励；而且，叔块中的交易信息也会被抛弃。说白了，叔块只是用于给矿工发一个安慰奖，并不能很好地解决以太坊的数据冗余和记账效率问题。

 

➤DAG结构

 

相对比特币的唯一区块链条和以太坊叔块结构，DAG结构是包容所有的临时性分叉块。

 

DAG，Directed Acyclic Graph，有向无环图。

 

在DAG区块链结构中，每一个DAG区块都指向1个或多个父区块，每一个DAG区块也会有1个或多个子区块指向它。沿着DAG区块的指向关系，不会走出环形，这就是DAG区块链结构。

 

 

DAG区块链结构中，包括所有的分叉区块，可以更充分的利用区块链的资源。

 

但是，DAG区块链结构就比较乱。比如从G到B的指向，可以是GFB，也可以是GEB。如果不看哈希值，也不知道E和F哪个区块的生产更早。

 

其实，Conflux最初使用的就是这样的DAG结构。发现区块顺序比较混乱的问题以后，Conflux在DAG区块链的基础上，对结构进行了优化，也就是Conflux的树图结构。

 

➤树图

 

树图结构，实际上是对DAG结构的优化。将原来的指向关系，分成两种关系，一种是父边，另一种是引用边。

 

 

 

其中，父边表示子区块与父区块的关系，每个区块只有一个父边；

 

引用边表示是的时序关系，表明被指向的区块时间更早，一个区块可以有多个引用边。

 

Conflux的设计是，当一个新的区块产生后，在指向父区块以后，找到网络中的叶子区块（没有子区块和引用区块的区块），然后与其建立引用边。

 

因此，可以确定区块的顺序。例如上图中，区块C没有引用区块B，说明B并不是在区块C之前，而区块F引用了区块B，说明B在F前，所以区块顺序是CBF；同理，G引用了E，说明是FEG。

 

所以在树图结构中，可以获得一个全序的区块结构，这是Conflux树图比DAG结构更具优势之处。

 

有了这个全序的区块结构，就可以理清网络中的交易顺序了。当区块中存在重复或者冲突的交易时，按照顺序可以排除重复和冲突的交易。