Algorand 的技術架構
本模塊探討 Algorand 的網絡架構、區塊提議與最終確認流程、交易處理與驗證方式，以及防止分叉並確保最終性的機制。
Algorand 的網絡架構
Algorand 的網絡被設計為一個完全去中心化的系統，由全球分佈的節點共同維護區塊鏈並確保其正常運行。這些節點負責存儲區塊鏈狀態的副本、驗證交易，並參與共識過程。
節點類型與角色
Algorand 的架構主要由兩種類型的節點組成：參與節點（Participation Nodes）和中繼節點（Relay Nodes）。
參與節點（Participation Nodes）
參與節點是網絡共識機制的核心。它們負責驗證交易、參與區塊提議、投票以及認證流程。任何持有 ALGO 代幣的用戶都可以運行參與節點，從而確保網絡的包容性和去中心化。這些節點與中繼節點直接通信，以在網絡中傳播交易和區塊。
中繼節點（Relay Nodes）
中繼節點在網絡中充當高容量的數據樞紐。它們不直接參與共識過程，而是作為中間節點，促進數據（如區塊和交易）的高效分發。作為中心通信點，中繼節點提升了網絡的性能和可擴展性，同時保持其去中心化結構。
參與節點與中繼節點之間的角色分離，有助於在不犧牲安全性或包容性的前提下優化網絡的效率和可擴展性。
Gossip 協議
Gossip 協議是 Algorand 網絡中的核心通信機制，旨在以去中心化的方式快速高效地在節點之間傳播信息。該點對點協議的運作方式類似於現實世界中的“八卦”傳播——節點將數據共享給其對等節點，這些節點再將信息傳遞給其他節點。通過這種迭代和分佈式的方式，整個網絡的所有節點最終都能接收到相同的信息，而無需依賴中央機構。
Gossip 協議的特點包括：
- 去中心化：信息的傳播不依賴任何單一節點或中央服務器，從而增強系統對故障或攻擊的抗性。
- 高效性：協議通過向多個節點同時分發小數據包的方式減少延遲。
- 可擴展性：即使網絡規模龐大，該協議仍能保持高速通信。
去中心化與安全性
Algorand 的去中心化架構確保了網絡不受任何單一實體或組織的控制。這一去中心化特性通過全球分佈的節點以及開放的參與節點運行權限得以實現。允許所有用戶運行參與節點，有助於降低共謀或操縱的風險，從而增強網絡的抗攻擊能力。
此外，Algorand 依賴於加密技術（如可驗證隨機函數（VRFs））來確保共識任務中節點的選擇過程保持隨機且防篡改。這種隨機性消除了可預測性，使惡意行為者幾乎不可能針對特定節點或破壞網絡安全。
可擴展性與性能
Algorand 的架構旨在支持高交易吞吐量和低延遲，使其適用於廣泛的應用場景。中繼節點優化了通信流程，減少了交易和區塊在網絡中傳播所需的時間。此外，參與節點的輕量化設計確保用戶無需專用硬件或高計算資源即可參與網絡運行。
環境可持續性
Algorand 的網絡架構符合其對可持續性的承諾。與工作量證明（Proof-of-Work）等高能耗系統不同，Algorand 的架構及其純權益證明（PPoS）共識機制所需的能耗極低。這種設計使網絡能夠在保持高性能和安全性的同時，大幅降低對環境的影響。
區塊提議與最終確認流程
Algorand 的區塊提議與最終確認流程分為多個階段。在每一輪（Round），一個用戶子集（稱為提議委員會）通過加密排序（cryptographic sortition）被選出，以提議新區塊。每個被選中的用戶組裝區塊，並向網絡傳播，同時附加加密證明以證明其委員會成員身份。
節點會在指定時間內等待區塊提議。隨後，一個新的委員會（軟投票委員會）被選出，以評估這些提議並通過拜占庭協議（Byzantine Agreement）達成共識，選出優先級最高的區塊。委員會成員分析收到的提議，並對最合適的區塊進行投票。
當軟投票階段達到足夠的票數閾值後，另一個委員會（認證委員會）被選出，負責驗證所選區塊的內容，確保其符合賬本狀態（例如無雙花交易或無效狀態轉換）。共識達成後，該區塊將在整個網絡中傳播，並被添加到賬本中。
這一結構化流程確保每個區塊都能被高效提議、評估並最終確認，從而維護區塊鏈的完整性和連續性。
交易處理與驗證
在 Algorand 網絡中，交易需經過一整套完整的處理流程。首先，用戶發起交易，交易通過 Gossip 協議 在網絡中傳播。節點接收到交易後，將其放入待處理池（pending pool），等待被打包進區塊。
在區塊提議階段，被選中的提議者從其待處理池中選取有效交易，並將其包含在新區塊中。當區塊被提議後，軟投票委員會（Soft Vote Committee）和認證委員會（Certify Committee）對區塊內的交易進行驗證，確保其合法且符合協議規則。驗證成功後，該區塊被添加至區塊鏈，相應交易也隨之最終確認。
Algorand 的設計極大程度降低了分叉的可能性。其共識協議確保每一輪（Round）只認證一個區塊，從而實現即時交易最終性（Finality）。這與其他區塊鏈的分叉機制不同，後者往往需要多個確認才能確保交易最終完成。而在 Algorand，一旦區塊被添加，即不可逆轉，從而提升了安全性，並增強用戶對網絡可靠性的信任。
要點
- Algorand 的去中心化網絡架構依賴全球分佈的節點，並通過 Gossip 協議 進行通信。
- 區塊提議與最終確認流程 採用 加密排序（cryptographic sortition） 和多委員會機制，確保區塊高效、安全地被添加。
- 交易處理流程 包括創建、傳播、驗證和最終確認，實現快速且安全的交易處理。
- 協議設計有效防止分叉，提供即時交易最終性（Finality），增強網絡的可靠性。
Lição 1:阿拉貢介紹
Lição 2:Algorand 的共識機制
Lição 3:Algorand 的技術架構
Lição 4:Algorand 智能合約與 Algorand 虛擬機（AVM）
Lição 5:阿拉貢標準資產（ASA）和代幣化
Lição 6:阿拉貢的生態系統和去中心化應用
Lição 7:阿拉貢代幣經濟模型與經濟模型
Lição 8:Algorand的效能指標和可擴充性解決方案
Lição 9:Algorand的開發團隊、支持者和合作夥伴
Lição 10:運行阿拉貢節點並參與網絡
Algorand 的技術架構
本模塊探討 Algorand 的網絡架構、區塊提議與最終確認流程、交易處理與驗證方式，以及防止分叉並確保最終性的機制。
Algorand 的網絡架構
Algorand 的網絡被設計為一個完全去中心化的系統，由全球分佈的節點共同維護區塊鏈並確保其正常運行。這些節點負責存儲區塊鏈狀態的副本、驗證交易，並參與共識過程。
節點類型與角色
Algorand 的架構主要由兩種類型的節點組成：參與節點（Participation Nodes）和中繼節點（Relay Nodes）。
參與節點（Participation Nodes）
參與節點是網絡共識機制的核心。它們負責驗證交易、參與區塊提議、投票以及認證流程。任何持有 ALGO 代幣的用戶都可以運行參與節點，從而確保網絡的包容性和去中心化。這些節點與中繼節點直接通信，以在網絡中傳播交易和區塊。
中繼節點（Relay Nodes）
中繼節點在網絡中充當高容量的數據樞紐。它們不直接參與共識過程，而是作為中間節點，促進數據（如區塊和交易）的高效分發。作為中心通信點，中繼節點提升了網絡的性能和可擴展性，同時保持其去中心化結構。
參與節點與中繼節點之間的角色分離，有助於在不犧牲安全性或包容性的前提下優化網絡的效率和可擴展性。
Gossip 協議
Gossip 協議是 Algorand 網絡中的核心通信機制，旨在以去中心化的方式快速高效地在節點之間傳播信息。該點對點協議的運作方式類似於現實世界中的“八卦”傳播——節點將數據共享給其對等節點，這些節點再將信息傳遞給其他節點。通過這種迭代和分佈式的方式，整個網絡的所有節點最終都能接收到相同的信息，而無需依賴中央機構。
Gossip 協議的特點包括：
- 去中心化：信息的傳播不依賴任何單一節點或中央服務器，從而增強系統對故障或攻擊的抗性。
- 高效性：協議通過向多個節點同時分發小數據包的方式減少延遲。
- 可擴展性：即使網絡規模龐大，該協議仍能保持高速通信。
去中心化與安全性
Algorand 的去中心化架構確保了網絡不受任何單一實體或組織的控制。這一去中心化特性通過全球分佈的節點以及開放的參與節點運行權限得以實現。允許所有用戶運行參與節點，有助於降低共謀或操縱的風險，從而增強網絡的抗攻擊能力。
此外，Algorand 依賴於加密技術（如可驗證隨機函數（VRFs））來確保共識任務中節點的選擇過程保持隨機且防篡改。這種隨機性消除了可預測性，使惡意行為者幾乎不可能針對特定節點或破壞網絡安全。
可擴展性與性能
Algorand 的架構旨在支持高交易吞吐量和低延遲，使其適用於廣泛的應用場景。中繼節點優化了通信流程，減少了交易和區塊在網絡中傳播所需的時間。此外，參與節點的輕量化設計確保用戶無需專用硬件或高計算資源即可參與網絡運行。
環境可持續性
Algorand 的網絡架構符合其對可持續性的承諾。與工作量證明（Proof-of-Work）等高能耗系統不同，Algorand 的架構及其純權益證明（PPoS）共識機制所需的能耗極低。這種設計使網絡能夠在保持高性能和安全性的同時，大幅降低對環境的影響。
區塊提議與最終確認流程
Algorand 的區塊提議與最終確認流程分為多個階段。在每一輪（Round），一個用戶子集（稱為提議委員會）通過加密排序（cryptographic sortition）被選出，以提議新區塊。每個被選中的用戶組裝區塊，並向網絡傳播，同時附加加密證明以證明其委員會成員身份。
節點會在指定時間內等待區塊提議。隨後，一個新的委員會（軟投票委員會）被選出，以評估這些提議並通過拜占庭協議（Byzantine Agreement）達成共識，選出優先級最高的區塊。委員會成員分析收到的提議，並對最合適的區塊進行投票。
當軟投票階段達到足夠的票數閾值後，另一個委員會（認證委員會）被選出，負責驗證所選區塊的內容，確保其符合賬本狀態（例如無雙花交易或無效狀態轉換）。共識達成後，該區塊將在整個網絡中傳播，並被添加到賬本中。
這一結構化流程確保每個區塊都能被高效提議、評估並最終確認，從而維護區塊鏈的完整性和連續性。
交易處理與驗證
在 Algorand 網絡中，交易需經過一整套完整的處理流程。首先，用戶發起交易，交易通過 Gossip 協議 在網絡中傳播。節點接收到交易後，將其放入待處理池（pending pool），等待被打包進區塊。
在區塊提議階段，被選中的提議者從其待處理池中選取有效交易，並將其包含在新區塊中。當區塊被提議後，軟投票委員會（Soft Vote Committee）和認證委員會（Certify Committee）對區塊內的交易進行驗證，確保其合法且符合協議規則。驗證成功後，該區塊被添加至區塊鏈，相應交易也隨之最終確認。
Algorand 的設計極大程度降低了分叉的可能性。其共識協議確保每一輪（Round）只認證一個區塊，從而實現即時交易最終性（Finality）。這與其他區塊鏈的分叉機制不同，後者往往需要多個確認才能確保交易最終完成。而在 Algorand，一旦區塊被添加，即不可逆轉，從而提升了安全性，並增強用戶對網絡可靠性的信任。
要點
- Algorand 的去中心化網絡架構依賴全球分佈的節點，並通過 Gossip 協議 進行通信。
- 區塊提議與最終確認流程 採用 加密排序（cryptographic sortition） 和多委員會機制，確保區塊高效、安全地被添加。
- 交易處理流程 包括創建、傳播、驗證和最終確認，實現快速且安全的交易處理。
- 協議設計有效防止分叉，提供即時交易最終性（Finality），增強網絡的可靠性。