midnight-consensus

Midnight 共识

Midnight Network 使用经过修改的 Substrate 共识栈：使用 AURA 生成区块，使用 GRANDPA 确定最终性。两者都针对 Midnight 作为 Cardano Partnerchain 进行了扩展。

架构概览

flowchart TB
  subgraph Selection["Validator selection"]
    SPO["Cardano SPO stake delegation"]
    Perm["Optional permissioned validators"]
    VS["Custom validator set function"]
    SPO --> VS
    Perm --> VS
  end

  subgraph Production["Block production — AURA"]
    VS --> Slots["Round-robin slots + session keys"]
    Slots --> Block["New block proposed"]
  end

  subgraph Finality["Finality — GRANDPA"]
    Block --> Votes["Validator votes on chain"]
    Votes --> Final["Provable finality"]
  end

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验证者选择

与标准 Substrate 链不同，Midnight 使用自定义验证者集合选择函数，该函数：

• 考虑来自 Cardano 质押池运营者（SPO）的质押委托，使现有 Cardano 验证者能够参与 Midnight 共识。
• 支持可选的许可验证者，用于混合公有／私有网络部署。

模型	作用
SPO 委托	将 Cardano 质押接入 Partnerchain 验证者资格
许可集合	为受监管或联盟网络添加已知运营者
自定义选择	将两者合并到活跃会话验证者集合中

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AURA：区块生成

AURA（Authority Round） 是一种权益证明（PoA）算法，用于确定由哪位验证者生成每个区块。

• 验证者按轮询顺序轮流出块。
• 调度使用预定义时隙和会话密钥。
• 特点：简单、快速、确定性强，适合验证者集合已知的高吞吐量链。

AURA 并非 Midnight 专属；它起源于 OpenEthereum。请参阅Polkadot 协议术语表 — AURA。

sequenceDiagram
  participant V1 as Validator 1
  participant V2 as Validator 2
  participant V3 as Validator 3
  participant Chain as Chain

  Note over V1,V3: Slot N — Validator 1's turn
  V1->>Chain: Produce block N
  Note over V1,V3: Slot N+1 — Validator 2's turn
  V2->>Chain: Produce block N+1
  Note over V1,V3: Slot N+2 — Validator 3's turn
  V3->>Chain: Produce block N+2

**签名：**AURA 中的区块作者消息使用 sr25519 签名（参见 Cryptography 技能）。

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GRANDPA：最终性

GRANDPA（GHOST-based Recursive ANcestor Deriving Prefix Agreement） 提供异步、可证明的最终性。

• 独立于区块生成运行。
• 验证者对链进行投票；区块在获得足够支持后即确定最终性。
• 通用的 Polkadot 组件 — 形式化规范和 Polkadot 术语表。

flowchart LR
  A["Blocks produced (AURA)"] --> B["GRANDPA voters observe chain"]
  B --> C{"≥ threshold support?"}
  C -->|Yes| D["Block finalized — irreversible"]
  C -->|No| E["Remains unfinalized / fork possible"]

**签名：**GRANDPA 最终性消息使用 Ed25519。

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AURA 和 GRANDPA 如何协同工作

层	职责	Midnight 扩展
AURA	谁构建下一个区块	在 Partnerchain 验证者集合上运行标准 PoA
GRANDPA	哪些区块已确定最终性	标准异步最终性小工具
验证者集合	谁可以参与	SPO 委托 + 可选的许可运营者

**要点：**GRANDPA 异步确定较早区块的最终性时，区块生成仍可继续 — 吞吐量与安全性彼此解耦。

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相关技能

• midnight-cryptography/ — AURA 和 GRANDPA 使用的签名方案
• midnight-onchain-logic/ — 运行时 pallet（pallet-aura、pallet-grandpa、会话管理）
• midnight-p2p-networking/ — 验证者如何发现彼此并进行通信