BABE 共识协议目前被各平行链广泛采用, 也是 Substrate 所原创的, 那么, BABE 共识协议是如何达成共识的, 以及如何与 GRANDPA 配合工作的呢?

区块链扩展的盲目分配（Blind Assignment for Blockchain Extension）是一个区块生产引擎，它的灵感来自于 Ouroboros Praos，另一个股权证明协议。它可以单独使用，因为它提供了概率最终性，或者它可以与 GRANDPA 这样的最终性程序结合使用。

BABE 是一种基于 slot 的算法。它将时间分成几个 epoch，每个 epoch 又被分成几个 slot。在 Polkadot 中，每个槽的长度为 6 秒，即我们的目标块时间。BABE 会选择一个（或几个）作者，在每个槽中编写一个块。

将作者分配到这些 slot 的一种方法是简单地轮询。然而，在轮询模式中，对手总是知道谁是下一个作者，并可以利用这一信息来协助攻击。理想情况下，没有人知道谁是槽的作者，直到他或她证明了这一点。

每个槽可以有一个 Primary 和 Secondary 作者（或 "slot leader"）。Primary slot leaders 是随机分配的。然而，由于该函数是随机的，有时会出现没有 leader 的槽。为了确保块状时间的一致性，BABE 使用一个轮训系统来分配 secondary slot leaders。

Primary Slot Leaders

Primary leadership 是根据可验证的随机函数（VRF）的评估来授予的。围绕区块链中的随机数有很多炒作。长话短说，很多应用都依赖于随机数的生成，但当所有的链上操作都必须是确定的和可验证的时候，要找到大家都同意的随机性（并且不被操纵，使生成者受益）是很难的。

VRFs 生成一个伪随机数，并证明它是正确生成的。它们接受一些参数，包括一个私钥，作为输入。我们的 VRF 需要一个 epoch 随机种子（由所有节点事先商定）、一个槽号和作者的私钥。因为没有两个节点有相同的私钥，所以每个节点可以为每个槽产生一个独特的伪随机值。

每个作者在一个 epoch 中为每个槽评估其 VRF。对于输出低于某个商定的阈值的每个槽，验证者有权在该槽中生成一个块。由于随机的槽位分配过程，有可能出现没有主的槽位，也有可能出现有多个主的槽位。我们将在后面讨论如何处理这个问题。

Secondary Slot Leaders

为了处理空槽，BABE 使用了一个回退的轮训的方法。每个 slot 都有一个 secondary leader。如果在 slot 开始时没有人声称他们是 primary，那么 secondary 就会生成一个区块。这种回退将确保每个槽都有一个区块的作者，并有助于保证一个一致的区块时间。

把 BABE 和 GRANDPA 结合起来

到目前为止，我们有 GRANDPA 最终性链，BABE 创造新的区块。BABE 的一些链可能有分叉，因为一个槽可以有多个 leader。

选择最佳扩展链的第一条规则很简单。BABE 必须建立在已经由 GRANDPA 敲定的链上。这是使用 GRANDPA 的要求之一。

使用 GRANDPA 的第二个更微妙的要求是，区块生产算法必须有选择 "最佳" 链的方法。这一特性导致 BABE 具有概率最终性（因此，你可以在没有 GRANDPA 的情况下使用它）。

BABE 中的最佳链仅仅是拥有最多 primaries 区块的链。

分叉在 BABE 中很常见。正如 GRANPA 文章中所讨论的，区块生产是 O(n)，意味着作者只需将其区块广播给每个人，但不需要每个人向每个人发送消息（像 GRANDPA）。所以，并不是每个人都会对非最终化的链有相同的看法（图片中的黄色块）。

这个系统让我们以高效的方式生产区块，并让 GRANDPA 最终确定其中的一组区块。

等等，谁的时钟？

我们是根据时间来分配 slot 的，但我们没有一个单一的时间。每台计算机都有自己的时钟。我们不能使用集中的时间服务（称为 NTP 服务器），因为那是一个单一的攻击点。攻击者可以攻击 NTP 服务器，要么切断它，要么控制它，以达到更肆无忌惮的行为，如向不同节点发送不同的时间。

如果你有兴趣，可以考虑这种情况：

我收到你的信息说 "现在是 8:42:00"。我的时钟显示现在是 8:42:03。有三件事是可能的。

1. 我们的时钟是同步的，只是网络花了 3 秒钟来传递你的信息。

   
   

2. 它实际上花了 1 秒钟来传递你的信息。我们的时钟不同步了 2 秒。

   
   

3. 你在骗我，你的时钟不是这么说的。

BABE 使用相对时间将槽位号与单个计算机的时钟对齐。当一个节点收到一个块时，它检查接收时间和与该块相关的槽号。然后，它将槽位号加到每个块的时间上，以预测未来的 slot，并使用其数据中的中位数。记住，验证器知道他们将提前授权的槽位号，所以他们可以根据这个来检查进入的块。

到目前为止，我们已经讨论了链是如何产生的（BABE）和如何最终确定（GRANDPA）。我们要解决的下一个问题是，我们如何让人们以正确的方式运行这些协议？本系列的最后一部分将讨论运行时如何为运行 BABE 和 GRANDPA 提供激励以及对错误的惩罚。

更多波卡共识文章，详见

波卡共识一 | 区块链的创建和保护

波卡共识二 | GRANDPA 共识最终一致性确认

Bifrost 是什么？