Lava PoC2+ 協議升級硬分叉方案

為了順利引入新的PoC2+標準，需要將全節點在共識層面上進行適當改造，也即所謂的分叉。本文為Lava核心開發者團隊提出的分叉方案介紹。分叉一般有兩種形態，一種是硬分叉，另一種是軟分叉。該方案基於區塊鏈的去中心化和社區自治精神，提出了一種由礦工投票激活的硬分叉方案，既有別於傳統的硬分叉，也有別於比特幣經常採用的MASF （礦工激活軟分叉）。

什麼是硬分叉？

如果軟件/硬件的規則發生改變，並且這種規則改變無法向前兼容。在區塊鏈中，使用舊版本的節點和使用新版本的節點各成體系、無法互相辨認，稱為硬分叉。

現實中的例子：

·蘋果公司在iPhone 5上使用了Lightning接口，以替代此前的30針Dock接口。 iPhone 5以前的手機無法使用新的接口， iPhone 5以後的新手機也無法使用舊的接口。

什麼是軟分叉？

軟分叉一般都是向前兼容的（ Forward Compatibility ），也可以說是未來兼容。通俗解釋就是：舊版本的軟件/硬件，可以使用新版本的軟件/硬件產生的數據。在區塊鏈上可以理解為舊節點可以驗證並接受新節點出的塊。

現實中的例子：

·立體聲FM廣播是向前兼容，它既可以被單聲道的老式收音機播放，但沒有立體聲效果；也可以被新式的立體聲收音機播放，具有立體聲效果。

軟分叉在特殊情況下也可以是向後兼容（ Backward Compatibility ），也即新版本的軟件/硬件，可以使用舊版本軟件/硬件產生的數據。在區塊鏈上可以理解為，新節點也可以驗證並接受老節點出的塊。

現實中的例子：

· Intel的x86指令集CPU是向後兼容的，新款CPU依然可以運行老款CPU的軟件，這是由於Intel希望保證老版本CPU有的指令集在新版本中也得以保留。這種只增加不刪除的策略，保證了我們換CPU時無需更換相配套的軟件。

分叉涉及的技術層面

針對Lav a PoC2+的分叉方案中，在共識層面需要改動以下幾處：

1.區塊頭中需要新增一個LAVA挖礦者地址的字段。這種區塊頭中附帶地址用以驗證的方式， burst已經使用，其地址即為區塊頭中的PID 。因此LAVA中將以前的PID替換為LAVA專屬地址的方法也是該思路的延續。

2.挖礦相關的一系列接口，包括： Miner請求信息， Miner提交信息後的驗證，以及全節點的鑄塊時校驗等。

3.全節點同步其他區塊時的驗證過程。

4.全節點重啟後讀盤時的區塊驗證過程。

5.綁定關係數據庫升級。

詳細分叉方案的分析

1.向前兼容的軟分叉

首先排除該方案。雖然該方案是區塊鏈軟分叉首選，但是由於需要修改區塊頭中的字段，因此就無法滿足舊節點能夠接收新節點出的區塊這一大前提。

2.向後兼容的軟分叉

該方案的實際效果如下圖1 。根據向後兼容的大前提，由於新節點可以接收並驗證老

節點出的區塊，而舊節點卻無法接收新節點出的區塊。因此最後新節點逐漸超過舊節點算力達到51%時，兩條鏈分叉。這雖然保證了分叉的效果，但是也存在相應的問題（如圖2 ），在最初始的網絡中，由於舊節點算力佔優（ 51%~100% ），而新節點出塊始終無法被舊節點接收，因此會存在很大程度上新節點算力的浪費。假設某時刻新節點挖出另一條鏈與老鏈分叉，在一段時間後老鏈的算力和長度會逐漸超過新鏈，新節點的向後兼容性又使得新鏈被舊鏈覆蓋，整條新鏈的算力全都浪費。

圖1.新節點算力超過51%

圖2.新節點算力不到51% ，回到舊鏈

3.傳統硬分叉

傳統硬分叉方式實際效果如下圖3 。傳統硬分叉是指直接通過更新軟件來進行分叉，更新後的軟件和原有版本的軟件無法互認，因此形成兩條獨立的區塊鏈。傳統的硬分叉若沒有得到生態中參與者的同意，容易造成生態的分裂，應當謹慎考慮。

圖3.傳統硬分叉

4.一種由算力激活的鏈上硬分叉方案

Lava提出了一種由礦工投票激活的硬分叉方案。這種方案的實際效果如圖4 。

該方案將硬分叉分為兩個階段：

第一階段：分叉前的礦工投票激活和鎖定；

第二階段：鎖定期結束後激活分叉。

圖4.一種由算力主導的鏈上硬分叉方案

該方案的好處是：

第一，解決了上述向後兼容軟分叉方案中，在分叉起始時新節點可能存在的算力浪費的問題。

第二，傳統硬分叉由於兩條區塊鏈互相隔離、自成體系，可能導致生態的分裂。這是因為如果有部分生態參與者不同意分叉，但又強行被另一部分參與者意見裹挾而不得不服從，就容易引起不滿和爭議。硬分叉後，甚至可能存在兩條鏈獨立發展，例如以太坊（ ETH ）和以太坊經典（ ETC ）的案例。

算力激活硬分叉的第一部分：投票與鎖定

礦工選擇跟新全節點軟件版本來鑄造區塊，新的全節點依舊會保持舊的共識規則，也即PoC2標準，與未更新軟件的舊節點互認。新的全節點軟件版本僅在區塊頭的版本中變更了版本號，用以表示出塊者的投票意見（更新本身即是投票，無需作出額外動作）。一段時間後，全節點會自動統計“投票”階段中新節點出塊的量，當數量達到一定閾值，即可開啟下一個階段——鎖定。

鎖定階段中，新舊節點依舊使用POC2的共識規則進行鑄塊，當鎖定階段結束，即進入硬分叉的第二部分，正式激活硬分叉。鎖定階段的意義是提供共識切換前的過渡時間，以便用戶可以逐漸將硬盤中的文件從POC2格式遷移至POC2+ （即給出時間以進行“重新P盤”），用以在即將來臨的新鏈上繼續挖礦。

算力激活硬分叉第二部分：正式激活分叉

進入激活階段後，硬分叉正式生效，舊鍊和新鏈共存。舊鏈依舊沿用POC2共識，而新鏈，也即新節點將使用POC2+共識進行鑄造，驗證，同步等過程。這也意味著，從此刻開始，新節點必須使用LAVA專屬的P盤格式，否則將無法出塊。