作者：Daniil Gorbatenko
翻译：红军大叔&BlockPunk & HunterBJ
社区：果壳宇宙（ID:DfinityFun）
译者按
我们来回顾一下DFINITY的目标：“建立互联网级别的去中心化云，让全世界的软件可以在这个云上运行”。三部曲的第二篇将从一个整体视角，来介绍DFINITY为实现目标做出了哪些努力。
需要注意的是，到目前为止，DFINITY团队仅对DFINITY的共识协议和链上治理做出了详细的介绍，相对来说分片、软件及数据管理等方面讨论的比较少。要完全理解DFINITY，还缺乏一些与token相关的，发行、供应的经济学细节。
共识机制
DFINITY最大创新在于共识机制。DFINITY的共识机制其实是包含了多个部件的，每个部件不同的方法。共识分别有四层：身份层、随机数灯塔层、公证层、分叉决议层。我们来逐层的进行讨论。
身份层
DFINITY虽然是PoS机制，但和现在流行的委托方案有所不同，DFINITY中不会存在任何的特权节点（比如超级节点或100强验证人）。一个节点（即客户端）要想参到网络中进行出块，必需满足最低的硬件需求才能进行注册，还需要质押一些DFN作为保证金，以此来确保每一个节点能尽职尽责。在网络发展到成熟的情况下，DFINITY网络预计将运行数百万个客户端。和以太坊类似的是，每一个客户端必需锁定一些token作为权益证明(PoS)，但严格来说其目的是为了抵御女巫攻击，并激励对整个系统有益的行为。
随机数灯塔层
DFINITY上共识算法的核心是随机数。随机数允许了在去中心化的网络中，不需要特别繁琐的通信过程（比如比特币），就可以选出唯一一个的“领导者”进行出块。在PoW系统里， 挖矿节点必需提供一个叫做“nonce”的随机数，来证明自己具备出块的权力，这个随机数是通过蛮力穷举得出的。
DFINITY在其“随机数灯塔层”上，用了一种完全不同的方法来产生随机数，这个方法被称为“阈值签名接力”。DFINITY的共识是按轮次（epoch）进行的，每一轮里系统会根据上一轮的随机数，选出一个包含了多个节点的组网（称为阈值组，TG）。然后组网的节点们会发送一个特殊交易，为自己的阀值组注册公钥并创建身份，这个过程同时还会给每一个阈值组的成员都分配一个专门用来创建“共享签名”的密钥（与控制自己财产的密钥不同）。然后，当前阈值组的成员会使用这个密钥签名上一轮共识产生的随机数，并广播“共享签名”的结果。
当系统收集到足够多的“共享签名”后，就可以把多个签名聚合成一个阈值签名，这个值就是本轮共识产出的随机数。整个过程可以看作是运行一个可验证随机函数（VRF），或者说是在连续更新一系列的随机值。
这个方案在密码学上的安全性，是基于BLS签名的。BLS论文的作者之一Ben Lynn，目前是DFINITY团队的全职成员。在每一轮共识结束时，产出的随机数会被用来选择节点从而生成下一个阈值组，让生成随机数的工作在不同的节点组间接力（这也是阈值接力的由来）。
这种产生随机数的方法，比起PoW的穷举计算来，可以节省很多的计算资源，因为每个节点只需要在每一轮次开始的阶段，生成一个“共享签名”即可。阈值组的成员只需要单独地对上一轮产生的随机数签名，并在网络中广播即可，节点之间是不需要交换信息的，所以整个流程执行的会非常快。一但系统在这一轮里收到的“共享签名”数量，达到了临界值（即为阈值，一般为50%），那么系统就可以计算出这一轮的随机数了。这就是“阈值签名接力”中，“阈值”术语的来源。这个方案的神奇之处在于它的“唯一性和确定性”，这意味从同一阈值组中，只要收到的“共享签名”的数量达到了阀值，不管是选取的哪个节点的结果，都会生成唯一的一个随机数。
公证层
这些阈值组不仅在每一轮共识里产生一个随机数， 而且还会使用这个随机数，为本轮打包的区块作“公证”。DFINITY的“公证”本质上是给区块打上一个复杂的时间戳，它能确保在本轮共识里，打包产生的区块能被添加到链上。按照DFINITY团队的说法，这个过程是根据最高原则执行的（只选择权重最高的区块，权重同样由随机数确定），阈值组成员之间无需进行通信，这节省了大量的时间。
分叉决议层
然而公证机制可能会失效的，因为在某一轮里，阈值组的成员偶尔会公证两个区块，这时就产生了分叉。这种情况下会启动分叉决议的流程，它在下一轮中使用一个叫概率插件协议，来从多个被公证区块中选出一个唯一的结果。
DFINITY共识机制，可以大大的缩短出块共识的时间(低至一秒)，且一个交易在两个区块时间之后，就可以做到最终不可逆的确认，这是因为分叉决议需要在下一轮中完成。这两点与目前最主流的区块链形成了鲜明对比。
分片
考虑到DFINITY最终目的是要在链上运行世界上大多数的软件，所以不太可能只在一条链上跑，因此必须考虑分片技术。然而DFINITY是特别适合做分片的，因为前面讨论过的多个阈值组间，可以很轻松的并列运行。
DFINITY的实现关键，在于片间通信和保持片间账目的一致性，应该有一个片间协作的机制，但这部分的实现并没有在公开。
软件与数据管理
Dfinity的客户端不仅负责达成共识，还负责运行和存储那些部署在网络上的软件。这意味着每个节点都必须为DFINITY上运行的软件子集（软件子集对应着不同的分片）提供存储和计算资源。
DFINITY上面运行的软件可以使用任何一种编程语言开发，因为最终是编译为WASM字节码的形式，因此允许软件在浏览器上直接运行。当然，未了更好的优化软件开发体验，DFINITY团队专门开发了一门全新的语言ActorScript。
DFINITY以这种方式运行软件的主要好处是不需要API和数据库。例如，数据可以直接存储在软件里（反例就是数据必须存储在RAM里的EOS合约）。这极大地简化了软件的创建和管理，并补偿了分片执行软件的成本(多个分片并行执行同一应用程序时，需要建立对每一个分片都建立一个副本，因此存在成本问题)。
治理
在治理方面，DFINITY做了不少创新。DFINITY引入了一个名为“神经元”的投票单元系统，共同组成一个区块链神经系统。乍一看，这种安排非常类似于EOS使用的委托权益证明(DPoS)投票模型，因为DFINITY的上的神经元所有者，都拥有与其持有token数量成比例的投票权。EOS的DPoS模式是不受学者和区块链从业者的待见的，大家普遍为这样是非常低效的。
然而，DFINITY的治理就要复杂得多了。通过设置神经元自动地追随其他神经元的投票选择，它允许神经元近乎完全程序化地做出投票决定。这些被追随的神经元的所有者，可能是专家或社区的KOL。神经元所有者必须将DFN锁在神经元中才能投票，同时还能获得投票的报酬。
这种模式主要是为了解决投票参与率低的问题，这个问题一直困扰着其他token-holder-voting(token持有者参与投票)的方案。即使一个持币者不愿意经常关注项目的进展，也懒得去判断投票的结果，那么他就可以将投票委托给一个了真正了解DFINITY的人。
当然，这种方法并没法阻止神经元被试图作恶者骗走选票，但如果某些意见领袖支持的决策会损害整个网络的机制，那么token的持有者将会主动取消追随，因为这关系到他们质押的DFN的价值。这样做的主要是为了阻止作恶者损害到token的经济价值。
DFINITY的这种方法还潜在地降低的系统的中心化，削弱了单个节点对网络的控制。与EOS或Lisk中的委托不同，DFINITY上的知名的权威节点虽然有归票的能力（当然它得说服别人信任他），但不会直接获得委托投票的报酬，因此不存在DPoS被诟病的中心化，以及系统鲁棒性弱（只要集中攻击21个节点就可以破坏网络）的问题。
总结
总的来说，Dfinity是一个多管齐下、高度复杂的项目，随着更多细节的发布，它的具体实现在未来会变得更加清晰。DFINITY的理想非常宏伟，它将引入多种技术创新，并实现无上限的可扩展性，最终为全球的软件用户提供服务。
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