硬核丨怎样革新 BFT 共鸣算法？_数字货币

[2021-01-31 21:41:29] 来源：编辑：wangjia 点击量：

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导读： PBFT是基于三阶段投票即可达成共识的协议。prepare和commit阶段中，都需要每个节点广播自己的prepare或commit消息，因此通信复杂度是。一文读懂首个波卡上的 BTC 锚定币：P

PBFT是基于三阶段投票即可达成共识的协议。prepare和commit阶段中，都需要每个节点广播自己的prepare或commit消息，因此通信复杂度是。

一文读懂首个波卡上的 BTC 锚定币：PolkaBTC

2021年初，Interlay将推出Polkadot的第一个去信任化的比特币锚定币--PolkaBTC，标志着向真正的互操作生态系统迈出了关键一步。

通讯复杂度问题

PBFT是基于三阶段投票即可杀青共鸣的协定。prepare和commit阶段中，都需要每一个节点播送本身的prepare或commit音讯，因而通讯复杂度是。

view change过程当中，需要一切的副本节点发明主节点time out，每一个副本节点会播送view change音讯，一切副本节点对view change杀青共鸣后，新的主节点会把这个音讯播送出去宣告view change。因为view change音讯是P2P播送，且每一个view change音讯中都包括到达prepared状况的要求，因而view change的考证复杂度是。

高达的复杂度无疑给PBFT的共鸣效力带来了严峻的影响，极大地限定了PBFT的可扩展性。

BFT协定的优化

那末怎样把的通讯复杂度降到，进步共鸣效力，是BFT共鸣协定在区块链场景中面对的应战。针对BFT共鸣效力的优化要领，共有以下几类：

1. 聚合署名

E.Kokoris-Kogias等在其论文中提出了在共鸣机制中运用聚合署名的要领。论文中提到的ByzCoin[4]以数字署名体式格局替换原有PBFT运用的MAC将通讯耽误从下降至，运用聚合署名体式格局将通讯复杂度进一步下降至。但ByzCoin在主节点作歹或33%容错等方面仍有范围。

以后一些公链项目基于这类头脑，采纳EC-Schnorr多签算法进步PBFT过程当中prepare和commit阶段的音讯通报效力。

2. 通讯机制优化

PBFT运用多对多(all-to-all)的音讯形式，因而需要的通讯复杂度。

SBFT(Scale optimized PBFT)[5]提出了一个运用收集器(collector)的线性通讯形式。这类形式下不再将音讯发给每一个副本节点，而是发给收集器，然后再由收集器播送给一切副本节点，同时经由过程运用门限署名(threshold signatures)能够将音讯长度从线性下降到常数，从而总的开支下降到。

Tendermint[6]运用gossip通讯机制，乐观情况下能够将通讯复杂度下降到。

3. view-change流程优化

一切的BFT协定都经由过程view-change来替换主节点。PBFT，SBFT等协定具有自力的view-change流程，当主节点出问题后才触发。而在Tendermint、HostStuff[7]等协定中没有显现的view-change流程，view-change流程合入一般流程中，因而进步了view-change的效力，将view-change的通讯复杂度下降。

Tendermint将roundchange(和viewchange相似)合入一般流程中，因而roundchange和一般的区块音讯commit流程一样，不像PBFT一样有零丁的viewchange流程，因而通讯复杂度也就降为。

HotStuff参考Tendermint，也将视图切换流程和一般流程举行兼并，即不再有零丁的视图切换流程。经由过程引入二阶段投票锁定区块，并采纳leader节点鸠合BLS聚合署名的体式格局，将视图切换的通讯复杂度下降到了。

4. 链式BFT

传统BFT需要对每一个区块举行两轮共鸣，的通讯复杂度能够让区块到达prepareQC，然则必需要的通讯复杂度才让区块到达commitQC。

Hotstuff将传统BFT的两轮的同步BFT改成三轮的链式BFT，没有明白的prepare，commit共鸣阶段，每一个区块只需要举行一轮QC，后一个区块的prepare阶段为前一个区块的pre-commit阶段，后一个区块的pre-commit阶段为前一个区块的commit阶段。每次出块的时刻都只需要的通讯复杂度，经由过程两轮的通讯复杂度，到达了之前的效果。

5. 流水线（Pipelining）和并行处置惩罚（Concurrency）

PBFT、Tendermint等协定具有马上肯定(Instant Finality)的特征，险些不大概涌现分叉。在PBFT中，每一个区块被确认后才出下一个区块，Tendermint还提出区块锁定的观点，进一步确保了区块的马上肯定性，即在某个round阶段，节点对区块音讯投了pre-commit票，则在下一个round中，该节点也只能给该区块音讯投pre-commit票，除非收到新proposer的针对某个区块音讯的解锁证实。

这类BFT共鸣协定本质上是一个同步体系，将区块的生产和确认严密耦合，一个区块确认后才生产下一个区块，需要在块与块间守候最大的大概收集耽误，共鸣效力遭到很大的限定。

HotStuff的Pipelining要领将区块的生产和确认星散，每一个区块的终究确认需要后两个区块到达QC，也就意味着上一个区块没有完整确认（需要满足Three-Chain）的情况下能够生产下一个区块。这类体式格局实际上照样一个半同步体系，每一个区块的发生照样需要等上一个区块到达QC。

EOS[8]的BFT-DPoS共鸣协定可认为是一种完整并行的Pipelining计划：每一个区块生产后马上全网播送，区块生产者一边守候0.5秒生产下一个区块，一边吸收其他见证人关于上一个区块的确认效果，运用BFT协定杀青共鸣，新区块的生产和旧区块确认的吸收同时举行，这极大地优化了出块效力。

（未完待续）