用于区块链应用的简化拜占庭容错（SBFT）

简化版拜占庭共识

区块链领域的一个最大争论焦点是各个区块链采用的共识算法，因为共识算法决定了区块链的速度、可靠性和可扩展性。本文提出了一种简化版的拜占庭容错共识（sBFT），此版共识改进了当前的实用拜占庭容错共识（PBFT）标准，简化版拜占庭容错出自MiguelCastro和BarbaraLiskov（link）之手，目前瑞波等项目应用了该共识。

区块链技术在数据不可变和可靠性方面发挥重要作用，涉及金融科技（即加密货币）到医疗、生产、研究以及其他行业和应用。因此，用户对区块链功能有很大的改进需求。

实用拜占庭容错（PBFT）

要了解PBFT的工作原理，可以阅读以下精选文章:

· https://medium.com/coinmonks/pbft-understanding-the-algorithm-b7a7869650ae

· https://medium.com/coinmonks/implementing-pbft-in-blockchain-12368c6c9548

总而言之，PBFT是一个达成共识的绝佳方案，但由于发送的消息数会伴随网络增长而呈指数增长，因此它的扩展性很差。最大的消息数计算公式如下：

M=1+3f+3f?+(3f)(3f+1)+3f+1

其中f为给定网络大小为N的允许故障节点数，f的计算公式为:

f=（n-1）/3

也就是说，针对一个拥有7个节点，允许2个故障或损坏节点的网络而言，达成实用拜占庭容错共识至少要发送92条信息。10个故障节点则需要发送191条消息，40个故障节点需要3,161条消息。每创建一个新区块就要重复发送这些消息。

为什么需要简化拜占庭容错（SBFT）？

与PBFT相比，SBFT只需发送它的1/3消息数，达成共识的速度更快，绝大多数情况只需0.2秒，SBFT的消息数计算方法如下:

M=（3f+1）（2f+1）+1

因此，如果有7个故障节点的网络，只需发送36条消息。有10个故障节点则发送71条消息，40个故障节点则发送1081条信息。

SBFT如何工作？

SBFT是专门为区块链应用而设计的，它引入了三种新的机制:

·?将委托中的节点分组，第一节点为领导人，第二个节点为第二领导人，以此类推。

·?每个新区块都由一个事先确定好是“打开”或“关闭”时间戳的特定委托来维护。委托中的其他节点会共享这个时间戳信息。

·?每个节点都有自己采取特定行动的时间以及特定的行动指令。

基础时间轴

假设一个有着4个节点（N=4）的委托允许一个故障节点（f=1），并设定所有节点都知道的新区块“关闭”时间t=0s。而且，每个节点都有那些即将纳入新区块的未决交易。

当t=0时，所有节点自动开启共识过程，各自生成自己区块的哈希和交易，并将区块哈希发送给委托中的其他节点。同时，节点们开始监听其他节点发送的区块哈希。

共识过程

让我们从节点1号（N1，即委托中的第一个节点）的角度来了解共识过程，N1具有最高优先权。A（n）和B（n）是其他节点的哈希。在本例中，N3是一个故障节点，其哈希（B3）不一致。对于一个4节点系统，至少要3个节点达成共识。

如下图所示，一旦第3个节点的哈希一致，N1就认为达成共识了。在本例中，N1是节点共识池的领导人，它负责广播新区块。

其他情况

从N2的角度来看看上面的例子。在这种情况下，N2也可以达成共识，但由于它不是领导节点，所有无权做任何事情。这种情况说明消息的传入顺序并不重要。

时间问题

SBFT共识的另一个好处是，系统不需要等待所有节点的响应，即使领导节点出现故障或延迟，系统也是健壮的。

在下面的例子中，我们假设N=5，至少需要3个节点达成共识。从N2的角度来看，如果所有节点对N1节点的故障达成共识，那么N2就会提升为领导节点，并向网络广播他的区块。委托还能处理潜在领导节点的延迟消息，因为任何正在广播区块的节点都与其他节点达成了共识，所以达成共识后N1的响应不再紧要。

结语

SBFT共识中的每个节点都能自主操作，无需与其他节点来回通信，仅通过一组发送出去的消息达成整体共识。

原文标题 | Simplied Byzantine Fault Tolerance(SBFT) For Blockchain Applications

作者 | Poya Rahmati

翻译 | Tracey_头等仓，翻译由头等仓（First.VIP）提供，转载请保留文末信息。

原文：https://medium.com/altcoin-magazine/simplified-byzantine-fault-tolerance-sbft-for-blockchain-applications-499ca0b90938

稿源（译）：https://first.vip/shareNews?id=2337&uid=1

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编译者/作者：头等仓

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