TRC Time-River Consensus 时间长河共识算法说明书

1 算法概述

TRC（Time-River Consensus，时间长河共识）是一款面向区块链场景的轻量化原创共识算法，摒弃PoW算力挖矿、DPoS固定轮值出块模式，采用有效交易驱动出块+全网活跃度真随机选主+2/3节点多签确认架构，核心特性：无空块、低能耗、天然防分叉、交易落地即驱动区块高度增长。

区别于传统定时出块共识：区块高度增长依赖有效交易，无合法交易则不生成新区块，从源头减少链上空区块资源浪费。

2 节点角色分层定义

TRC网络内节点分为三类，职责隔离：

节点类型	核心权限	工作内容
普通节点	交易转发、数据校验、活跃度统计	接收用户交易并全网广播、校验交易签名与余额合法性、上报自身活跃度因子aia_iai，无打包出块权限
时间守护节点(Guard)	区块核验、共识投票、因子汇总	汇总全网普通节点活跃度参数，对候选区块做合法性校验，参与区块上链投票
普朗克记账节点(Planck)	单轮唯一区块打包者	本轮被随机选中，打包合法交易、生成区块、私钥签名后全网广播区块数据

一轮共识周期仅选举单个普朗克节点负责出块。

3 核心数学计算公式

3.1 记账节点随机选举公式

全网在线普通节点活跃度求和：
S=∑i=1naiS=\sum_{i=1}^n a_iS=i=1∑nai
aia_iai：第iii个节点本轮有效交互次数（活跃度），nnn：在线有效节点总数
依托圆周率常数生成随机下标：
R=π $S$ ,PlanckNode=Node $R mod N$ R = \pi $S$ ,\quad PlanckNode = Node $R \\bmod N$ R=π $S$ ,PlanckNode=Node $RmodN$
NNN：全网有效在线节点总数，π $S$ \pi $S$ π $S$ 代表圆周率小数点后第SSS位数值，利用无理数天然真随机特性，无法预先操控选举结果。

3.2 区块固化确认判定公式

区块完成上链固化、数据不可逆需要同时满足双约束：

{Plancksign(Block)=True普朗克节点区块签名校验合法ValidGuardTotalGuard≥23有效核验守护节点占比≥2/3 \begin{cases} Planck_{sign}(Block)=True \quad \text{普朗克节点区块签名校验合法}\\ \displaystyle\frac{ValidGuard}{TotalGuard} \ge \frac{2}{3} \quad \text{有效核验守护节点占比≥2/3} \end{cases} ⎩ ⎨ ⎧Plancksign(Block)=True普朗克节点区块签名校验合法TotalGuardValidGuard≥32有效核验守护节点占比≥2/3

ValidGuardValidGuardValidGuard：校验通过的守护节点数量；TotalGuardTotalGuardTotalGuard：本轮在线守护节点总数。

满足条件后区块执行「时间退相干固化」，账本永久落盘不可篡改。

3.3 区块高度时序计算公式

Hnew=Hold+ΔH,ΔH={1Txvalid>00Txvalid=0H_{new}=H_{old}+\Delta H,\quad \Delta H=\begin{cases}1 & Tx_{valid}>0 \\0 & Tx_{valid}=0\end{cases}Hnew=Hold+ΔH,ΔH={10Txvalid>0Txvalid=0

HnewH_{new}Hnew：新区块高度；HoldH_{old}Hold：上一轮区块高度；TxvalidTx_{valid}Txvalid：本轮收集到的有效交易数量。

存在有效交易：高度+1，生成新区块；
无有效交易：高度不变，本轮不产生区块。

4 完整共识执行流程（5步骤）

交易广播校验
用户发起链上交易，普通节点接收后校验签名、账户余额、交易格式，非法交易直接丢弃，合法交易全网扩散。
活跃度因子汇总
全部在线普通节点统计自身本轮活跃度aia_iai并上报守护节点集群，守护节点累加得到总值SSS。
普朗克节点选举
代入圆周率随机算法，通过R=π $S$ mod NR=\pi $S$ \bmod NR=π $S$ modN计算出本轮唯一记账节点。
区块打包签名
当选Planck节点汇总全网合法交易，计算区块哈希、使用节点私钥对区块签名，向外广播完整区块。
守护节点共识投票
所有Guard独立校验区块哈希、交易明细、出块节点签名；超过2/3守护节点核验通过则区块固化上链，全网同步账本；校验不达标则废弃候选区块，重新执行节点选举。

5 安全机制分析

5.1 防分叉设计

区块高度由真实有效交易驱动，无交易不生成区块，无法并行生成同高度多区块；单轮仅一个记账节点，不存在同高度多区块打包场景，分叉概率趋近于0。

5.2 女巫攻击防御

随机选举因子aia_iai绑定节点真实交互行为，批量僵尸节点无法批量篡改总和SSS，不能定向操纵随机数与记账节点选举结果。

5.3 双花攻击防御

交易与区块时序因果绑定，UTXO资产仅能在对应区块高度完成消耗，历史区块固化后无法篡改历史余额，杜绝同一资产重复花费。

6 主流共识横向对比

共识类型	出块触发条件	记账节点规则	随机来源	分叉风险	能耗水平
TRC	有效交易触发	单轮随机选出1个Planck节点	全网活跃度+圆周率真随机	极低	低
PoW	固定出块间隔，算力竞争	全网算力哈希碰撞争夺	哈希随机碰撞	存在孤块分叉	极高
DPoS	固定时间轮询出块	固定超级节点轮值出块	人工投票选定节点	中高	中低
PBFT	主节点轮流发起提案	预设主节点顺序	人工配置序列	节点共谋易分叉	中

7 算法优缺点总结

7.1 优点

无空区块生成，链上资源利用率高；
真随机选主，记账人事前无法预判，作恶门槛高；
原生防分叉，账本一致性表现优异；
无需算力挖矿，节能环保，硬件部署门槛低。

7.2 缺点

全网零交易时区块高度停滞，不适合需要强制定时出块的业务场景；
守护节点集群数量过少时，存在节点抱团联合作恶的中心化隐患。