科普 | 共識算法的分類（下）_ARE

——Part4?拜占庭容錯算法——

▲PBFT

實用性拜占庭容錯算法，是一種在信道可靠的情況下解決拜占庭將軍問題的實用方法。拜占庭將軍問題最早由LeslieLamport等人在1982年發表的論文提出，論文中證明了在將軍總數n大于3f，背叛者為f或者更少時，忠誠的將軍可以達成命令上的一致，即3f+1<=n，算法復雜度為O(n^f+1)。隨后MiguelCastro和BarbaraLiskov在1999年發表的論文中首次提出PBFT算法，該算法容錯數量也滿足3f+1<=n，算法復雜度降低到了O(n2)。

下面介紹PBFT算法的核心共識流程，如圖4所示。

圖4.三階段共識

在請求request階段，客戶端發起請求，主節點收到客戶端的請求后，將觸發核心共識流程。算法的核心共識流程分為三個階段：pre-prepare階段，prepare階段，commit階段。其中，節點在prepare階段和commit階段各進行了一輪投票，分別對消息的合法性與待執行進行了確認。圖中，c代表客戶端，0、1、2、3代表節點的編號，在視圖為0的情況下，節點0是主節點，節點1、2、3為從節點。打叉的3號代表拜占庭節點，這里表現的惡意行為就是對其它節點的請求無響應。

穩定幣crvUSD科普創新清算機制LLAMMA，可在抵押品價格下跌時逐步替換為穩定幣:1月17日消息，Curve官方科普其穩定幣crvUSD創新的清算機制LLAMMA，解釋了LLAMMA通過AMM的特性進行針對債務人更友善的清算方式，讓抵押品在價格下跌時逐漸轉移成穩定幣，讓原本要清償的債務有一定程度的穩定幣可以償還，同時在價格回穩時再逐漸把穩定幣換回抵押品，而不是直接的觸發清算導致債務人的虧損。

此前報道，2022年11月23日，去中心化交易平臺CurveFinance開發者發布Curve即將推出的去中心化Stablecoin“crvUSD”的官方代碼和白皮書。[2023/1/17 11:17:13]

pre-prepare階段：主節點在收到客戶端的請求后，會主動向其它節點廣播pre-prepare消息，其中，v為當前視圖，n為主節點分配的請求序號，D(m)為消息摘要，m為消息本身。從節點在收到pre-prepare消息之后，會對該消息進行合法性驗證，若通過驗證，那么該節點就會進入pre-prepared狀態，表示該請求在從節點處通過合法性驗證。否則，從節點會拒絕該請求，并觸發視圖切換流程。

動態 | 人民日報官方微博科普區塊鏈 強調區塊鏈不等于比特幣:人民日報官方微博今早發表9圖科普區塊鏈。其中涉及區塊鏈的特點有：1、安全；2、不可篡改；3、可訪問；4、無第三方。區塊鏈對未來的影響：1、不需繁瑣個人證明；2、看病避免反復檢查；3、旅行消費更加便捷；4、交易無需第三方。同時強調，區塊鏈不等于比特幣。比特幣只是區塊鏈技術的一種應用，區塊鏈還有醫療衛生、食品安全、版權保護等諸多應用領域。[2019/10/28]

prepare階段：當從接到進入到pre-prepared狀態后，會向其它節點廣播prepare消息，其中，i為當前節點標識序號。其他節點收到消息后，如果該請求已經在當前節點進入pre-prepared狀態，并且收到2f條來自不同節點對應的prepare消息（包含自身發出的以及主節點的pre-prepared消息)，那么該請求就進入到prepared狀態。

commit階段：當請求在當前節點進入prepared狀態后，本節點會向其它節點廣播commit消息。如果該請求已經在當前節點達到prepared狀態，并且收到2f+1條來自不同節點對應的commit消息（包含自身)，那么該請求就會進入到committed狀態，并可以進行執行。執行完畢后，節點會將執行結果反饋給客戶端進行后續判斷。

聲音 | ETC Labs主管：科普教育是未來幾年公鏈面臨的巨大挑戰:ETCLabs主管Darin Kotalik認為，科普教育是未來幾年公鏈面臨的巨大挑戰，人們必須要對區塊鏈有基本的認識，分清楚公鏈和私鏈的區別。[2019/8/25]

——Part5?新型共識算法——

▲HotStuff

HotStuff是一個建立在部分同步模型上的拜占庭容錯協議。HotStuff具有線性視圖變更的特性，把輪換主節點融入了常規共識流程中，切換主節點無需增加其他協議和代價，且系統在此期間還能繼續對外提供服務。該特性解決了PBFT最棘手的視圖變更問題，包括實現復雜度高、完成時間不確定以及整個過程系統不能正常對外提供服務等。此外，HotStuff還將共識流程的通信復雜度降低至O(n)。

HotStuff的基礎共識流程圍繞一個核心的三輪共識投票展開，在該過程中，視圖以單調遞增的方式不斷切換。在每個視圖內，都有一個唯一主節點負責打包區塊、收集和轉發消息并生成QC。整個過程包括5個階段，準備階段、預提交階段、提交階段、決定階段和最終階段。主節點想要提交某個分支，需要在PREPARE、PRE-COMMIT和COMMIT這三個階段收集n-f個共識節點的帶簽名的投票消息，并利用門限簽名算法把他們合成一個證書，隨后廣播給從節點。

動態 | 央行官微舊文重發“再科普”：范一飛詳解數字貨幣:據中國經濟網消息，今日，央行官微公眾號頭條重新發布央行副行長范一飛在2018年1月25日題為《關于央行數字貨幣的幾點考慮》的文章，對央行數字貨幣再次進行科普。同時，微信公眾號第二條發布支付司副司長穆長春8月10日在第三屆中國金融四十人伊春論壇上的演講。近年來，各主要國家和地區央行及貨幣當局均在對發行央行數字貨幣開展研究，新加坡央行和瑞典央行等已經開始進行相關試驗，人民銀行也在組織進行積極探索和研究。[2019/8/21]

圖5.BasicHotStuff共識流程

Basic-HotStuff各個階段的流程高度相似，HotStuff作者便提出Chained-HotStuff來簡化Basic-HotStuff的消息類型，并允許Basic-HotStuff的各階段進行流水線處理。流程如圖6所示：

動態 | 浙江衛視節目科普支付寶區塊鏈防偽溯源產品:昨日，在浙江衛視播出的科普綜藝欄目《智造將來》現場，支付寶首次展示了支付寶區塊鏈防偽溯源產品，以接地氣的方式公開向大眾展示區塊鏈在生活中的應用。[2019/3/4]

圖6.Chained-HotStuff是Basic-HotStuff的流水線形式，v表示視圖view，圓角矩陣表示一個node

▲HoneyBadgerBFT

FLP定理從理論上證明了在純異步環境下不可能存在一種確定性的共識協議。后世的研究者們為了繞過這個定理，不得不在兩個方向上進行妥協：要么加強對網絡的假設，要么引入隨機源。HoneyBadgerBFT協議，這是一個完全異步的共識協議，它不依賴于任何關于網絡環境的時間假設。異步共識協議則完全不需要考慮timer的設置。為了保證協議的活性，異步協議需要引入隨機源，簡單來說就是當協議無法達成共識的時候，借助上帝拋骰子的方式隨機選擇一個結果作為最終結果。

HoneyBadgerBFT通過模塊化的方式解決了拜占庭環境下的原子廣播問題，即如何保證在異步和拜占庭環境下，各個節點按相同順序收到相同的消息。HoneyBadgerBFT首先將ABC分解成一個核心模塊，異步共同子集。之后將ACS分解成了RBC(ReliableBroadcast)和ABA(AsynchronousBinaryAgreement)兩個子模塊。整體的算法分為三個步驟：

1）每個節點交易隨機選擇一些交易，所有節點的總交易個數是B。每個節點的交易進行加密生成x。

2）通過ACS協議將每個節點加密的交易進行廣播，以及形成統一交易序列。

3）解密交易生成區塊。

——Part6?總結——

上述介紹的共識機制有著各自的優缺點，對于不同的區塊鏈系統，我們需要結合實際使用場景與網絡規模，采用不同的共識算法。下面我將以表格的形式對目前各平臺使用的共識機制進行簡要的對比與總結：

作者簡介

袁超趣鏈科技基礎平臺部共識算法研究小組

參考文獻

LamportL,ShostakR,PeaseM.TheByzantinegeneralsproblem//Concurrency:theWorksofLeslieLamport.2019:203-226.

CastroM,LiskovB.PracticalByzantinefaulttolerance//OSDI.1999,99(1999):173-186.

CastroM,LiskovB.PracticalByzantinefaulttoleranceandproactiverecovery.ACMTransactionsonComputerSystems(TOCS),2002,20(4):398-461.

IttaiAbraham,GuyGueta,DahliaMalkhi,LorenzoAlvisi,RamakrishnaKotla,andJean-PhilippeMartin.Re-visitingfastpracticalbyzantinefaulttolerance.CoRR,abs/1712.01367,2017.

MillerA,?XiaY,?CromanK,etal.TheHoneyBadgerofBFTProtocols//AcmSigsacConferenceonComputer&CommunicationsSecurity.ACM,2016:31-42.

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