區塊鏈:科普 | 共識算法的分類（下）_newbitshares

——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。

徐明星新書《趣說金融史》正式發布 科普金融發展之道:金色財經現場報道，9月23日，歐科云鏈創始人徐明星攜手著名財經作家李霽月、行業觀察者顧澤輝力作《趣說金融史》一書，跨越5000年金融歷史，重讀金錢故事，并預測新的金融時代。該書由中信出版社出版，將于近期正式發售。據了解，本書可以更好地呈現金融的起源與發展，幫助人們理解貨幣、金融與未來經濟。作為區塊鏈行業領軍企業——歐科云鏈的創始人，徐明星深知技術探索對經濟社會的重要推動作用，他曾先后出版過《圖說區塊鏈》、《區塊鏈：重塑經濟與世界》、《通證經濟》、《鏈與未來》等行業權威著作，解讀區塊鏈等新型技術的推動下，金融與社會的升級之道，對經濟社會發展做出了重大貢獻。其中，《區塊鏈：重塑經濟與世界》曾作為新中國70周年重點推薦圖書之一被相關書店推薦。[2021/9/23 17:00:57]

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 | 新浪財經：官媒針對區塊鏈的報道從科普宣傳轉向打假監管:據新浪財經今日消息，“1025新政”滿月，一個月間，官媒對區塊鏈的態度風向已轉。據11月初的一項統計，七家黨媒在新政一周內發布了65篇直接相關報道，當時文章中的關鍵詞是數據、產業、安全、創新等，大量文章偏向于科普區塊鏈的概念以及應用介紹，提醒警惕虛擬貨幣炒作的僅有3篇。近期，官媒的批評焦點則紛紛指向借區塊鏈之名進行的虛擬貨幣發行和炒作行為。據統計，新華網、人民網收錄轉載的，以打擊虛擬貨幣或揭露假借區塊鏈行騙為主題的文章，自10月25日到11月25日午間，共28篇；其中，11月19日至11月25日的一周內就高達15篇。這些文章主要圍繞三個觀點展開：厘清區塊鏈和虛擬貨幣的關系，說明二者概念不等；打擊偽“區塊鏈”騙局，或是虛擬貨幣騙局揭露；提醒民眾，區塊鏈不能成為炒作的噱頭，更不是行騙的招牌，需警惕此類活動，理性投資。[2019/11/26]

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。

聲音 | 中科院姚建銓：要加快推進區塊鏈與物聯網融合的科普 培訓:據新華網消息，日前，在區塊鏈與物聯網融合發展峰會上，中國科學院院士姚建銓說，關注區塊鏈技術里面的大數據，跟區塊鏈技術結合起來進行測量和檢測，能更好地提升激光清洗技術。姚建銓建議，無錫今后要加快推進區塊鏈與物聯網融合的科普、培訓，正確引導廣大人民群眾對技術的認知；同時，建立專業、權威，但又普適、成套的理論體系和標準，以此切入區塊鏈的實際應用。[2018/9/18]

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。

——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)。

科普時報：區塊鏈與云計算長期發展目標不謀而合:據《科普時報》今日報道，區塊鏈與云計算兩項技術的結合，從宏觀上來說，一方面，利用云計算已有的基礎服務設施或根據實際需求做相應改變，實現開發應用流程加速，滿足未來區塊鏈生態系統中初創企業、學術機構、開源機構、聯盟和金融等機構對區塊鏈應用的需求。另一方面，對于云計算來說，“可信、可靠、可控制”被認為是云計算發展必須要翻越的“三座山”，而區塊鏈技術以去中心化、匿名性，以及數據不可篡改為主要特征，與云計算長期發展目標不謀而合。[2018/5/4]

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。

金色財經獨家分析 監管機構、媒體、業界提示詐騙風險 區塊鏈科普道阻且長:新華社今日發文表示，近來“區塊鏈”類詐騙案件頻發，不法分子以“投資虛擬貨幣周期短、收益高、風險低”為借口，騙取用戶信任并誘使其轉賬進行投資。無獨有偶，同日消息，騰訊手機管家安全專家也提醒此類風險，并從技術上提出防騙建議。在美國，監管機構警示加密貨幣欺詐現象普遍承諾高收益而不披露潛在風險。金色財經獨家分析，不法分子假借新技術之名進行詐騙，一方面是抓住民眾趨利的心理，一方面反映出區塊鏈科普的欠缺。區塊鏈是新興科技和底層技術并有改變社會生產關系的潛力，應該進行系統性的科普教育，當前，部分大學已經開始設置了區塊鏈課程，但對于普通民眾仍然有科普的需求，人們應該了解到系統和正確的知識，不僅要了解區塊鏈的好，也要明確局限和弊端，以在高收益的誘惑下，保持清醒客觀。[2018/4/11]

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：

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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