PBFT（拜占庭容错）简述

共识算法

区块链中最重要的便是共识算法，比特币使用的是POW（Proof of Work，工作量证明），以太币使用的是POS（Proof of Stake，股权证明）使得算力变的不怎么重要了，而今POS的变体DPOS（Delegated Proof of Stake，股份授权证明）进一步削减算力的浪费，同时也加强了区块链的安全性。

不过，对于不需要货币体系的许可链或者私有链而言，绝对信任的节点，以及高效的需求上述共识算法并不能够提供，因此对于这样的区块链，传统的一致性算法成为首选，PBFT（拜占庭容错）、PAXOS、RAFT。

 

PBFT（拜占庭容错）

这是一种基于消息传递的一致性算法，算法经过三个阶段达成一致性，这些阶段可能因为失败而重复进行。

假设节点总数为3f+1，f为拜赞庭错误节点：

1、当节点发现leader作恶时，通过算法选举其他的replica为leader。

2、leader通过pre-prepare 消息把它选择的 value广播给其他replica节点，其他的replica节点如果接受则发送 prepare，如果失败则不发送。

3、一旦2f个节点接受prepare消息，则节点发送commit消息。

4、当2f+1个节点接受commit消息后，代表该value值被确定

如下图表示了4个节点，0为leader，同时节点3为fault节点，该节点不响应和发出任何消息。最终节点状态达到commited时，表示该轮共识成功达成。

 

其中C为发送请求端，0123为服务端，3为宕机的服务端，具体步骤如下：

1. Request：请求端C发送请求到任意一节点，这里是0

2. Pre-Prepare：服务端0收到C的请求后进行广播，扩散至123

3. Prepare：123,收到后记录并再次广播，1->023，2->013，3因为宕机无法广播

4. Commit：0123节点在Prepare阶段，若收到超过一定数量的相同请求，则进入Commit阶段，广播Commit请求

5.Reply：0123节点在Commit阶段，若收到超过一定数量的相同请求，则对C进行反馈

 

根据上述流程，在 N ≥ 3F + 1 的情況下一致性是可能解決，N为总计算机数，F为有问题的计算机总数

 

N=4 F=0 时：

	得到数据	最终数据
A	1 1 1 1	1
B	1 1 1 1	1
C	1 1 1 1	1
D	1 1 1 1	1

N=4 F=1 时：

	得到数据	最终数据
A	1 1 1 0	1
B	1 1 0 1	1
C	1 0 1 1	1
D	0 1 1 1	1

N=4 F=2 时：

	得到数据	最终数据
A	1 1 0 0	NA
B	1 0 0 1	NA
C	0 0 1 1	NA
D	0 1 1 0	NA

由此可以看出，拜占庭容错能够容纳将近1/3的错误节点误差，IBM创建的Hyperledger就是使用了该算法作为共识算法。

优点：上述共识算法都脱离不了币的存在，系统的正常运转必须有币的奖励机制，系统的安全性实际上是由系统币的持有者维护保证。当我们区块链系统实际运用到商业应用时，由其承载的资产价值可能远远超出系统发行的币的价值，如果由币的持有者保证系统的安全及稳定性将是不可靠的 。

1）系统运转可以脱离币的存在，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。

2）共识的时延大约在2~5秒钟，基本达到商用实时处理的要求。

3）共识效率高，可满足高频交易量的需求。

应用：央行的数字货币、布萌区块链。

作者：JoannaD
链接：https://www.zhihu.com/question/55794026/answer/146667857
来源：知乎
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