超千万TPS MAC多原链八大技术之——PBFT共识的定性分析

在区块链盛名之下人们往往都把区块链与大数据、云计算、AI放在一块，来讲述新技术对于经济的促进作用。但目前区块链爆发的能量，展现出来的能力，跟其他三个还没法比。究其原因，承载区块链应用的联盟链和公链都存在很大限制。

区块链应用落地，公链与联盟链谁能担纲？这时候就要好好推敲一下底层技术。PBFT在很多场景都有应用，在区块链场景中，一般适合于对强一致性有要求的私有链和联盟链场景。例如，在IBM主导的区块链超级账本项目中，PBFT是一个可选的共识协议。在Hyperledger的Fabric项目中，共识模块被设计成可插拔的模块，支持像PBFT、Raft等共识算法。

由于不少大型公司在区块链方面采用了PBFT，自然也有不少人在问：PBFT是不是目前区块链共识机制的最优解？

PBFT是一种状态机副本复制算法，即服务作为状态机进行建模，状态机在分布式系统的不同节点进行副本复制。每个状态机的副本都保存了服务的状态，同时也实现了服务的操作。将所有的副本组成的集合使用大写字母R表示，使用0到|R|-1的整数表示每一个副本。为了描述方便，通常假设故障节点数为m个，整个服务节点数为|R|=3m+1个，这里m是有可能失效的副本的最大个数。尽管可以存在多于3m+1个副本，但是额外的副本除了降低性能之外不能提高可靠性。

这样的算法，并不是最优解，且存在着它的缺点，存在即合理。MAC并没有全盘选择PFBT公式算法，但仍然选用了其中好的地方。因为无法解决在高并发时的并发问题，从而使得在多用户多节点的时候出现TPS无法支撑的情况，即便是满足图灵完备的PBFT容错率高达33%所出现的TPS值也远远无法达到商业级别的应用，与传统VISA的TPS值相差甚远。

PBFT原理为了解决节点故障可能造成对系统的危害，PBFT采用了一种比较简洁的办法。我们通过一个较形象的类比来呈现。

PBFT算法要求至少要4个参与者，一个被选举为军长，3个师长。军长接到总司令命令：你们向前行军500公里。军长就会给3个师长发命令向前行军500公里。3个师长收到消息后会执行命令，并汇报结果。A师长说我在首都以东500公里，B师长说我在首都以东500公里，C师长说我在首都以东250公里。军长总结3个师长的汇报，发现首都以东500公里占多数（2票>1票），所以就会忽略C师长的汇报结果，给总司令汇报说，好了，现在部队是在首都以东500公里了。

这就是PBFT算法。PBFT算法的核心理论是n>=3f+1n是系统中的总节点数，f是允许出现故障的节点数。换句话说，如果这个系统允许出现f个故障，那么这个系统必须包括n个节点，才能解决故障。

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：

request：请求端C发送请求到任意一节点，这里是0；

pre-prepare：服务端0收到C的请求后进行广播，扩散至123；

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；

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；

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,一致性是可能解决的，N为总计算机数，F为有问题的计算机总数。

通信次数分析

本质需要两个大阶段，一个是准备，一个是确认。进入prepared阶段，需要n^2次，进入commited阶段也需要n^2次，所以总次数为2n^2，O(n)为 n^2。

优点：容错算法，如果主节点为作恶节点也能检查出来。

缺点：需要确认和通信的次数较多。

综上，已经介绍了PBFT共识机制的原理，现在可以进一步了解它在具体实现时的操作，看看它到底在哪些地方可对MAC多原链进行了有效的提升。PBFT与PoS和PoW都不相同，PBFT以计算为基础，没有代币奖励。由链上所有人参与投票，少于（N-1）/3个节点反对时就获得公示信息的权利。

PBFT算法的核心理论是n>=3f+1n是系统中的总节点数，f是允许出现故障的节点数。换句话说，如果这个系统允许出现f个故障，那么这个系统必须包括n个节点，才能解决故障。

MAC多原链看重的是PBFT的效率和能达到商业应用开发的一定标准的优势，促使MAC多原链在性能上达到一定的水准，保持在速度上的优势，对DApp以及自身的DBApp的商业应用开发提供坚实的基础。MAC多原链终究是要为生态系统及商业应用的开发提供足够强大的技术支撑和稳定的性能保障，所以结合各共识，各技术的优点，将有利于MAC成为多面手，形成真正意义上的生态发展。

MAC多原链不仅采用PBFT的共识，也结合了其特性，挑选其优质的地方，并应用其它技术进行有效结合，跳出传统的区块链思维，突破传统的共识机制思维。所谓的传统思维即是共识机制决定TPS从而决定性能，而MAC多原链在底层的突破打破了传统思维，以算法为核心突破口，用共识机制做相应的配合，从而达到了显著的效果和千万级别TPS的实测数据。

本文来源：MAC多原链
原文标题：超千万TPS MAC多原链八大技术之——PBFT共识的定性分析

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编译者/作者：MAC多原链

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