12. TDPoS共识

12.1. 介绍

TDPoS是超级链的一种改进型的DPoS算法，他是在一段预设的时间长度（一轮区块生产周期）内选择若干个验证节点，同时将这样一轮区块生产周期分为N个时间段， 这若干个候选节点按照约定的时间段协议协同挖矿的一种算法。在选定验证节点集合后，TDPoS通过Chained-BFT算法来保证轮值期间的安全性。总结一下，整个TDPoS主要包括2大阶段：

• 验证人选举：通过pos相关选举规则选出一个验证者集合；
• 验证人轮值：验证者集合按照约定的协议规则进行区块生产；

12.1.1. 候选人选举

节点角色 在TDPoS中，网络中的节点有三种角色，分别是“普通选民”、“候选人”、“验证者”：

• 选民：所有节点拥有选民的角色，可以对候选节点进行投票；
• 候选人：需要参与验证人竞选的节点通过注册机制成为候选人，通过注销机制退出验证人竞选；
• 验证人：每轮第一个节点进行检票，检票最高的topK候选人集合成为该轮的验证人，被选举出的每一轮区块生产周期的验证者集合，负责该轮区块的生产和验证，某个时间片内，会有一个矿工进行区块打包，其余的节点会对该区块进行验证。

网络中的三种角色之间是可以相互转换的，转换规则如下：

• 所有地址都具有选民的特性，可以对候选人进行投票；
• 选民经过“候选人提名”提名接口成为候选人，参与竞选；
• 候选人经过“候选人退选”注销接口退出竞选；
• 候选人经过检票产出验证者，得票topK的候选人当选验证者；
• 验证者轮值完恢复候选人或者选民角色；

提名规则

节点想要参与竞选，需要先被提名为候选人，只有被提名的地址才能接受投票。为了收敛候选人集合，并一定程度上增加候选人参与的门槛，提名为候选人会有很多规则，主要有以下几点：

• 提名候选人需要冻结燃料，并且金额不小于系统总金额的十万分之一；
• 该燃料会被一直冻结，直到节点退出竞选；
• 提名支持自提和他提，即允许第三方节点对候选人进行提名；
• 被提名者需要知晓自己被提名，需要对提名交易进行背书；

选举规则

候选人被提名后，会形成一个候选人池子，投票需要针对该池子内部的节点进行。TDPoS的投票也有很多规则，主要有以下几点：

• 任何地址都可以进行投票，投票需要冻结燃料，投票的票数取决于共识配置中每一票的金额，票数 = 冻结金额 / 投票单价；
• 该燃料会被一直冻结，直到该投票被撤销；
• 投票采用博尔达计分法，支持一票多投，每一票最多投给设置的验证者个数，每一票中投给不同候选人的票数相同；

12.1.2. 候选人轮值

每一轮开始的第一个区块会自动触发检票的交易，该交易会进行下一轮候选人的检票，被选举出的节点会按照既定的时间片协同出块，每一个区块都会请求所有验证节点的验证。TDPoS的时间片切分如下图所示： 为了降低切主时容易造成分叉，TDPoS将出块间隔分成了3个，如上图所示：

• t1：同一轮内同一个矿工的出块间隔；
• t2：同一轮内切换矿工时的出块间隔，需要为t1的整数倍；
• t3：不同轮间切换时的出块间隔，需要为t1的整数倍；

拜占庭容错

TDPoS验证节点轮值过程中，采取了 Chained-Bft 防止矿工节点的作恶。

12.1.3. 技术细节

TDPoS实现主要在 consensus/tdpos 路径下，其主要是通过智能合约的方式实现的，主要有以下几个合约方法：

voteMethod = "vote"
// 候选人投票撤销
revokeVoteMethod = "revoke_vote"
// 候选人提名
nominateCandidateMethod = "nominate_candidate"
// 候选人罢黜
revokeCandidateMethod = "revoke_candidate"
// 验证人生成
checkvValidaterMethod = "check_validater"

核心接口如下：

func (tp *TDpos) runVote(desc *contract.TxDesc, block *pb.InternalBlock) error {
    // ......
    return nil
}
func (tp *TDpos) runRevokeVote(desc *contract.TxDesc, block *pb.InternalBlock) error {
    // ......
    return nil
}
func (tp *TDpos) runNominateCandidate(desc *contract.TxDesc, block *pb.InternalBlock) error {
    // ......
    return nil
}
func (tp *TDpos) runRevokeCandidate(desc *contract.TxDesc, block *pb.InternalBlock) error {
    // ......
    return nil
}
func (tp *TDpos) runCheckValidater(desc *contract.TxDesc, block *pb.InternalBlock) error {
    // ......
    return nil
}