理解分布式一致性:Paxos协议之Generalized Paxos & Byzantine Paxos

理解分布式一致性:Paxos协议之Generalized Paxos & Byzantine Paxos

• Generalized Paxos
• Byzantine Paxos
• Byzantine Multi-Paxos
• Fast Byzantine Multi-Paxos

在前面一篇文章我们讲到了理解分布式一致性:Paxos协议之Cheap Paxos & Fast Paxos，本篇文章我会讲解Paxos协议的另外两个变种：Generalized Paxos和Byzantine Paxos。

Generalized Paxos

我们大家都知道，分布式一致性的最大问题就是数据同步的问题，而产生问题的原因就是冲突，按照之前讲到的各种Paxos协议方案，发生了冲突之后就必须解决冲突然后重新发送请求，这样就会提高数据同步的成本和时间，那么有没有更好的方式来解决这个问题呢？

答案肯定是有。在分布式系统中，冲突是不可避免的，遇到冲突的时候是不是每次都解决冲突然后重新发送请求呢？我们举个例子：

如果Client1发送请求ReadA，Client2 发送请求ReadB，系统4个Acceptors，有2个接收ReadA，有2个接收ReadB，在共识层面来说，因为没有达到最大的共识个数，达不成共识，需要重新发送。但是如果我们仔细观察一下两个请求，ReadA，ReadB这两个命令是没有任何联系的，无论先执行哪一个都是同样的效果。那么我们可以认为这种情况是没有冲突的，我们在执行层面自行安排两个请求的顺序，而不用再次共识。 这就叫做Generalized Paxos。

这种共识的前提就是不同命令的先后顺序无关。下面以序列图的形式更加详细的介绍：

Client1Client2LeaderAcceptor1Acceptor2Acceptor3LearnerAccept!(ReadA)Accept!(ReadA)Accept!(ReadA)Accept!(ReadA)Accept!(ReadB)Accept!(ReadB)Accept!(ReadB)Accept!(ReadB)Leader and Acceptor1Accepted(N,<ReadA,ReadB>), Acceptor2and Acceptor3Accepted(N,<ReadB,ReadA>),顺序无关，不冲突，最终值Accepted(N,<ReadA,ReadB>)Accepted(N,<ReadA,ReadB>)Accepted(N,<ReadA,ReadB>)Accepted(N,<ReadA,ReadB>)Accepted(N,<ReadA,ReadB>)下面是冲突的情况，WriteA和ReadA同时发生，产生冲突时，Leader自行解决冲突，需要重发请求Accept!(ReadA)Accept!(ReadA)Accept!(ReadA)Accept!(ReadA)Accept!(WriteA)Accept!(WriteA)Accept!(WriteA)Accept!(WriteA)Accepted(N,<ReadA,WriteA>)Accepted(N,<ReadA,WriteA>)Accepted(N,<WriteA,ReadA>)Accepted(N,<WriteA,ReadA>)冲突产生，Leader根据协议自行决定执行顺序，这里是<ReadA,WriteA>，N+1Accept!(N+1,<ReadA,WriteA>)Accept!(N+1,<ReadA,WriteA>)Accept!(N+1,<ReadA,WriteA>)Accepted(N+1,<ReadA,WriteA>)Accepted(N+1,<ReadA,WriteA>)Accepted(N+1,<ReadA,WriteA>)Client1Client2LeaderAcceptor1Acceptor2Acceptor3Learner

Byzantine Paxos

最后一个我们要讲的Paxos协议是Byzantine Paxos。熟悉虚拟货币的人应该对拜占庭协议并不陌生，这里我们也不多讲拜占庭协议，后面我会用单独的文章来详细介绍拜占庭协议。

上面我们讲到的所有的Paxos协议，只讲到了服务出错的情况，并没有考虑服务伪造篡改信息的情况，即并没有考虑到恶意节点。而拜占庭协议就是为了解决这个问题而产生的。

Byzantine Paxos比正常的Paxos协议多了一个消息验证的过程，这个验证使用了拜占庭协议。

Byzantine Multi-Paxos

下面是个Byzantine Multi-Paxos的序列图：

ClientProposerAcceptor1Acceptor2Acceptor3LearnerRequestAccept!(N,I,V)Accept!(N,I,V)Accept!(N,I,V)验证消息Verify(N,I,V) - BROADCASTVerify(N,I,V) - BROADCASTVerify(N,I,V) - BROADCASTVerify(N,I,V) - BROADCASTAccepted(N,V)Accepted(N,V)Accepted(N,V)Accepted(N,V)Accepted(N,V)Accepted(N,V)Response(V)ClientProposerAcceptor1Acceptor2Acceptor3Learner

Fast Byzantine Multi-Paxos

同样的也会有Fast Byzantine Multi-Paxos，为了更加Fast，本协议将Verify和Accepted进行融合，放在一步完成。

ClientAcceptor1Acceptor2Acceptor3LearnerAccept!(N,I,V)Accept!(N,I,V)Accept!(N,I,V)验证消息，同时AcceptedAccepted(N,I,V) - BROADCASTAccepted(N,I,V) - BROADCASTAccepted(N,I,V) - BROADCASTAccepted(N,I,V) - BROADCASTAccepted(N,I,V) - BROADCASTAccepted(N,I,V) - BROADCASTAccepted(N,I,V) - BROADCASTResponse(V)ClientAcceptor1Acceptor2Acceptor3Learner

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