LavaPoC2+协议升级硬分叉方案

为了顺利引入新的PoC2+标准，需要将全节点在共识层面上进行适当改造，也即所谓的分叉。本文为Lava核心开发者团队提出的分叉方案介绍。分叉一般有两种形态，一种是硬分叉，另一种是软分叉。该方案基于区块链的去中心化和社区自治精神，提出了一种由矿工投票激活的硬分叉方案，既有别于传统的硬分叉，也有别于比特币经常采用的MASF（矿工激活软分叉）。

什么是硬分叉？

如果软件/硬件的规则发生改变，并且这种规则改变无法向前兼容。在区块链中，使用旧版本的节点和使用新版本的节点各成体系、无法互相辨认，称为硬分叉。

现实中的例子：

·苹果公司在iPhone 5上使用了Lightning接口，以替代此前的30针Dock接口。iPhone 5以前的手机无法使用新的接口，iPhone 5以后的新手机也无法使用旧的接口。

什么是软分叉？

软分叉一般都是向前兼容的（Forward Compatibility），也可以说是未来兼容。通俗解释就是：旧版本的软件/硬件，可以使用新版本的软件/硬件产生的数据。在区块链上可以理解为旧节点可以验证并接受新节点出的块。

现实中的例子：

·立体声FM广播是向前兼容，它既可以被单声道的老式收音机播放，但没有立体声效果；也可以被新式的立体声收音机播放，具有立体声效果。

软分叉在特殊情况下也可以是向后兼容（Backward Compatibility），也即新版本的软件/硬件，可以使用旧版本软件/硬件产生的数据。在区块链上可以理解为，新节点也可以验证并接受老节点出的块。

现实中的例子：

·Intel的x86指令集CPU是向后兼容的，新款CPU依然可以运行老款CPU的软件，这是由于Intel希望保证老版本CPU有的指令集在新版本中也得以保留。这种只增加不删除的策略，保证了我们换CPU时无需更换相配套的软件。

分叉涉及的技术层面

针对Lava PoC2+ 的分叉方案中，在共识层面需要改动以下几处：

1. 区块头中需要新增一个LAVA挖矿者地址的字段。这种区块头中附带地址用以验证的方式，burst已经使用，其地址即为区块头中的PID。因此LAVA中将以前的PID替换为LAVA专属地址的方法也是该思路的延续。

2. 挖矿相关的一系列接口，包括：Miner请求信息，Miner提交信息后的验证，以及全节点的铸块时校验等。

3. 全节点同步其他区块时的验证过程。

4. 全节点重启后读盘时的区块验证过程。

5. 绑定关系数据库升级。

详细分叉方案的分析

1. 向前兼容的软分叉

首先排除该方案。虽然该方案是区块链软分叉首选，但是由于需要修改区块头中的字段，因此就无法满足旧节点能够接收新节点出的区块这一大前提。

2. 向后兼容的软分叉

该方案的实际效果如下图1。根据向后兼容的大前提，由于新节点可以接收并验证老节点出的区块，而旧节点却无法接收新节点出的区块。因此最后新节点逐渐超过旧节点算力达到51%时，两条链分叉。这虽然保证了分叉的效果，但是也存在相应的问题（如图2），在最初始的网络中，由于旧节点算力占优（51%~100%），而新节点出块始终无法被旧节点接收，因此会存在很大程度上新节点算力的浪费。假设某时刻新节点挖出另一条链与老链分叉，在一段时间后老链的算力和长度会逐渐超过新链，新节点的向后兼容性又使得新链被旧链覆盖，整条新链的算力全都浪费。

图1. 新节点算力超过51%

图2. 新节点算力不到51%，回到旧链

3. 传统硬分叉

传统硬分叉方式实际效果如下图3。传统硬分叉是指直接通过更新软件来进行分叉，更新后的软件和原有版本的软件无法互认，因此形成两条独立的区块链。传统的硬分叉若没有得到生态中参与者的同意，容易造成生态的分裂，应当谨慎考虑。

图3. 传统硬分叉

4. 一种由算力激活的链上硬分叉方案

Lava提出了一种由矿工投票激活的硬分叉方案。这种方案的实际效果如图4。

该方案将硬分叉分为两个阶段：

第一阶段：分叉前的矿工投票激活和锁定；

第二阶段：锁定期结束后激活分叉。

图4. 一种由算力主导的链上硬分叉方案

该方案的好处是：

第一，解决了上述向后兼容软分叉方案中，在分叉起始时新节点可能存在的算力浪费的问题。

第二，传统硬分叉由于两条区块链互相隔离、自成体系，可能导致生态的分裂。这是因为如果有部分生态参与者不同意分叉，但又强行被另一部分参与者意见裹挟而不得不服从，就容易引起不满和争议。硬分叉后，甚至可能存在两条链独立发展，例如以太坊（ETH）和以太坊经典（ETC）的案例。

算力激活硬分叉的第一部分：投票与锁定

矿工选择跟新全节点软件版本来铸造区块，新的全节点依旧会保持旧的共识规则，也即PoC2标准，与未更新软件的旧节点互认。新的全节点软件版本仅在区块头的版本中变更了版本号，用以表示出块者的投票意见（更新本身即是投票，无需作出额外动作）。一段时间后，全节点会自动统计“投票”阶段中新节点出块的量，当数量达到一定阈值，即可开启下一个阶段——锁定。

锁定阶段中，新旧节点依旧使用POC2的共识规则进行铸块，当锁定阶段结束，即进入硬分叉的第二部分，正式激活硬分叉。锁定阶段的意义是提供共识切换前的过渡时间，以便用户可以逐渐将硬盘中的文件从POC2格式迁移至POC2+（即给出时间以进行“重新P盘”），用以在即将来临的新链上继续挖矿。

算力激活硬分叉第二部分：正式激活分叉

进入激活阶段后，硬分叉正式生效，旧链和新链共存。旧链依旧沿用POC2共识，而新链，也即新节点将使用POC2+共识进行铸造，验证，同步等过程。这也意味着，从此刻开始，新节点必须使用LAVA专属的P盘格式，否则将无法出块。

参考资料：

Lava项目官网：https://www.lavatech.org/

HyperPlotter PoC2+升级P盘软件下载链接：

https://www.lavatech.org/HyperPlotter-x64-v0.2.2.zip?from=jinse

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编译者/作者：Lava_Community

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