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4.4　PBFT算法 - 数据结构 - 机器学习

1235 人阅读 | 时间：2021年01月15日 01:05
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4.4　PBFT算法

1844 人参与  2018年08月25日 17:22  分类 : 区块链精品文章  评论

1999年Castro和Liskov提出的PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance）是第一个得到广泛应用的BFT算法。在PBFT算法中，至多可以容忍不超过系统全部节点数量的1/3的拜占庭节点“背叛”，即如果有 超过2/3的节点正常，整个系统就可以正常工作。早期的拜占庭容错算法或者基于同步系统的假设，或者由于性能太低而不能在实际系统中运作。PBFT算法解 决了原始拜占庭容错算法效率不高的问题，将算法复杂度由指数级降低到多项式级，使得拜占庭容错算法在实际系统应用中变得可行。也许就是出于效率的考虑，央 行推出的区块链数字票据交易平台用的就是优化后的PBFT算法。腾讯的区块链用的也是PBFT。

在PBFT算法中，每个副本有3个状态：pre-prepare、prepared和commited。消息也有 3种：pre-prepare、prepare和committed。收到pre-prepare消息并且接受就进入prepared状态。收到 commit消息并且接受就进入Committed状态。下面以一个有4个节点/拷贝的例子说明，这个网络内，仅允许1个拜占庭节点（此处设f=1）。

百花村小学举行百米赛跑比赛，3年级第一组的选手只有4个人：Alice、Bob、Cathy和David（简称 A、B、C、D）。为了节省钱，比赛并没有请裁判，而是在4个选手中随机挑出一个做裁判，假设是Alice。众所周知，百米跑的口令是：“各就各位，预 备，跑！”

这里“各就各位”就是pre-prepare消息，选手接受了命令就会脚踩进助跑器，而这一动作被其他选手看到， 就会认为该选手进入了prepared状态。相当于发了一个prepare消息给其他选手。同理，预备就是prepare消息，选手接受了就是双手撑起， 身子呈弓形，而这一动作被其他选手看到，就会认为该选手进入了committed状态。

1）假设A是公正的。Alice得到老师示意，3年级第一组准备比赛。Alice就喊：“各就各位！”

老师的示意相当于一个外部消息请求。Alice收到这个消息，给消息编一个号，比如编为030101号。必须编 号，因为比赛有一个规则（假想），连续4次起跑失败，整个组都被淘汰。B、C、D同学收到口令后，如果认为命令无误，便都把脚踩进助跑器（拜占庭的那个人 例外）。而这一个动作又相当于互相广播了一个prepare消息。A、B、C、D选手互相看到对方的动作，如果确认多于f个人（由于此处f=1，所以至少 是2个人）的状态和自己应有的状态相同，则认为大家进入prepared状态。选手会将自己收到的pre-prepare和发送的prepare信息记录 下来。

2）假设A是公正的。Alice看到至少2个人进入prepare状态，Alice就接着喊：“预备，跑！”。

3）接下来发生的事类似上一步：B、C、D同学收到口令后（相当于收到commit消息），如果认为命令无误，便 都双手撑起，身子呈弓形（拜占庭的那个人例外）。而这一个动作又相当于互相广播了一个commit消息。A、B、C、D选手互相看到对方的动作，如果确认 多于f个人（由于此处f=1，所以至少是2个人）的状态和自己应有的状态相同，则认为大家进入committed状态。当大家都确认进入 Committed状态后，就可以起跑了！

4）假设A是不公正的。A就会被换掉，重新选一个选手B发令。

这时候，由于所有选手都记录了自己的状态和接受/发送的信息。那些换掉前已经是Committed状态的选手，开 始广播commit消息，如果确认多于f个人（由于此处f=1，所以至少是2个人）的状态和自己应有的状态相同，则认为大家进入committed状态。 而对于换掉前是prepared和pre-prepare状态的选手，则完全作废以前的命令和状态，重新开始。

PBFT算法的主要优点如下。

·PBFT算法共识各节点由业务的参与方或者监管方组成，安全性与稳定性由业务相关方保证。

·共识的时延大约在2～5秒，基本达到商用实时处理的要求。

·共识效率高，可满足高频交易量的需求。

因为非常适合联盟链的应用场景，PBFT及其改进算法因此成为目前使用最多的联盟链共识算法。改进主要集中在：①修改底层网络拓扑的要求，使用P2P网络；②可以动态地调整节点数量；③减少协议使用的消息数量等。

不过PBFT仍然是依靠法定多数（quorum），一个节点一票，少数服从多数的方式，实现了拜占庭容错。对于联盟链而言，这个前提没问题，甚至是优点所在。但是在公有链中，就有很大的问题。

来源：我是码农，转载请保留出处和链接！

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