使用BLS聚合签名的分组共识方案（二）

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分组共识方案在现有Giskard共识基础上，将验证节点集合随机分组，每个分组中的节点只需要在组内达成消息共识并生成该消息的BLS聚合签名，各分组再进行组间签名交换，将所有分组的签名重新聚合成完整的签名结果，从而实现该消息在整个网络的最终一致性。 

该方案可提升现有Giskard共识的可扩展性，降低网络通信复杂度、消息复杂度。

| 随机分组说明

分组原则

• 分组人数的设定通过参数治理流程修改 

• 分组人数的设定不能少于4名，且不超过25名 

• 最后一个组的人数≤每组人数的一半时，取消该组，将该组人数分配到其他组（G1->G2->G3>G4->…依次分配）

分组算法

在每个共识轮的选举区块，选举出下一个共识轮的验证人集合，同时根据分组原则，将所有验证人洗牌分组。 

分组算法需要具有不可预测、抗碰撞性和可验证等特性。

基于VRF随机数或者选举区块时间戳分组

1. 以选举区块的VRF随机数或者选举区块时间戳做为随机算法的种子，对验证人集合进行随机排序

2. 根据分组原则，将随机排序的集合进行切割分组

3. 各分组排位第一的节点即为该组协调节点

基于节点距离分组

1. 将所有验证节点分别与index-0的节点计算节点距离（基于nodeID，通过异或的二进制运算得到，模块logdist函数），根据节点距离由小到大排序，如果距离相同，index越小排越前（index-0肯定是排在最前面）

2. 根据分组原则，将重新排序的集合进行切割分组

3. 各分组排位第一的节点即为该组协调节点

| 分组共识说明

分组共识主要涉及对区块投票（PrepareVote）和视图切换（ViewChange）这两类消息的处理

• 针对两种消息本身的发送和转发规则的修改 

• 针对两种消息衍生出的分组聚合签名消息 RGBlockQuorumCert、RGViewChangeQuorumCert的处理

连接机制

• 分组内的普通节点建立连接的优先级：本组的协调节点->本组的普通节点->其他分组的协调节点->其他分组的普通节点 

• 分组内的协调节点建立连接的优先级：其他分组的协调节点->本组的普通节点->其他分组的普通节点

如果某个节点的连接数不够，根据该优先级，主动断开优先级最低的连接。

广播规则

上述消息，使用gossip协议传播：

• Gossip协议是可扩展的，只需要O(logN(base k)) 个周期就能把消息传递给所有节点。某个节点在往固定数量节点传播消息过程中，并不需要等待确认（ack）。并且，即使某条消息传播过程中丢失，它也不需要做任何补偿措施。例如：某个节点本来需要将消息传播给4个节点，但是由于网络或者其他原因，只有3个消息接收到消息，即使这样，这对最终所有节点接收到消息是没有任何影响的。

假定fanout=4，在节点数分别为：20/40/80/160/320时，消息传播需要的周期数：

注：从表中得知，当节点数成倍增加时，周期循环次数并没有增加很多，即：Gossip 具备很好的可扩展性。

消息类型-转发规则

( 注：「部分」的定义：假设分组节点总数为n，部分节点即为Sqrt(n)；k=fanout)

PrepareVote

消息说明：区块的投票签名消息

发送规则：本组所有节点

转发规则：

• 普通节点：转发给本组所有节点 

• 协调节点：转发给本组所有节点

说明：本分组内所有节点都需要接收

备注：消息只在本组内进行扩散

RGBlockQuorumCert

消息说明：分组内对区块投票的聚合签名消息

发送规则：

• 协调节点：已连接的所有共识节点+k个非共识节点

• 普通节点：等待coordinatorWaitTimeout时间自动升级为协调节点

转发规则：

• 普通节点：转发给已连接的所有共识节点+k个非共识节点

• 协调节点：转发给已连接的所有共识节点+k个非共识节点

• 非共识节点：转发给已连接的所有共识节点+k个非共识节点

说明：全网所有节点都需要接收

备注：新增消息类型，消息尽可能扩散所有节点

BlockQuorumCert

消息说明：对区块投票的完整聚合签名消息

发送规则：发送给所有连接的节点

转发规则：BlockQuorumCert归类为同步消息，该消息不做转发

说明：全网所有节点都需要接收

备注：消息尽可能扩散所有节点

ViewChange

消息说明：视图切换的签名消息

发送规则：本组所有节点

转发规则：

• 普通节点：转发给本组所有节点

• 协调节点：转发给本组所有节点

说明：本分组内所有节点都需要接收

备注：消息只在本组内进行扩散

RGViewChangeQuorumCert

消息说明：分组内对视图切换的聚合签名消息

发送规则：

• 协调节点：已连接的所有共识节点+k个非共识节点

• 普通节点：等待coordinatorWaitTimeout时间自动升级为协调节点

转发规则：

• 普通节点：转发给已连接的所有共识节点+k个非共识节点

• 协调节点：转发给已连接的所有共识节点+k个非共识节点

• 非共识节点：转发给已连接的所有共识节点+k个非共识节点

说明：全网所有节点都需要接收

备注：新增消息类型， 消息尽可能扩散所有节点

ViewChangeQuorumCert

消息说明：对视图切换的完整聚合签名信息

发送规则：发送给所有连接的节点

转发规则：ViewChangeQuorumCert归类为同步消息，该消息不做转发

说明：全网所有节点都需要接收

备注：消息尽可能扩散所有节点