PBFT算法的核心原理 PBFT通过签名约束恶意节点行为,基于三阶段协议和大多数原则(2f+1)实现共识: 三阶段协议 预准备阶段:主节点广播预准备消息给备份节点。 消息复杂度优化 PBFT将消息复杂度从O(n(f+1))降至O(n2),但仍需较多消息。例如13节点集群(f=4)需237条消息,适用于中小型系统。 PoW:消耗算力,PBFT更高效但规模受限(O(n^2)复杂度)。 通过PBFT,苏秦可确保忠将们一致执行指令,即使存在叛徒干扰。
any parent directory; see 'go help modules' 输入: go env -w GO111MODULE=off (2)内部建立exe文件 go build -o pbft.exe (3)启动三个客户端代表5个节点 pbft.exe client pbft.exe client N0 pbft.exe client N1 pbft.exe client N2 pbft.exe client N3 如图: (4)测试节点同步信息,几个阶段同步信息: (5)关闭一个节点(代表故障、恶意节点),测试信息是否能继续同步 (6)关闭两个节点,测试信息同步: 关闭两个节点后,故障节点已经超出了pbft string //节点监听地址 addr string //RSA私钥 rsaPrivKey []byte //RSA公钥 rsaPubKey []byte } type pbft [string]bool //该笔消息是否已对客户端进行Reply isReply map[string]bool } func NewPBFT(nodeID, addr string) *pbft
4.PBFT(拜占庭容错):•原理:PBFT是一种拜占庭容错的共识算法,旨在处理分布式系统中的故障和恶意行为。它基于节点之间的相互通信,节点按照预定的协议达成共识。 这意味着 PBFT 能够应对少数节点的故障或者恶意行为,保证了系统的容错性。2.四个核心阶段:PBFT算法包含四个核心的阶段,即请求预处理、请求处理、视图改变、和复制。 4.安全性和性能权衡:PBFT在确保安全性的同时,也考虑了性能问题。虽然 PBFT 较为复杂,但它在网络不受攻击的情况下,能够实现高性能的共识。 5.2 Go示例 PBFT 是一个非常复杂的共识算法,实际的PBFT实现会涉及复杂的网络通信和协议细节,因此很难用一个简单的代码示例来完全演示。 此示例只用于演示PBFT的基本思想,实际的PBFT实现需要更多的细节和代码。
Raft Vs PBFT Raft系统中leader拥有最高权限,follower如果和leader数据不一致,那么必须删除自己的数据,保持和leader一致 PBFT中,Primary向我发送命令时, 而zab协议、raft协议都是按照先到先执行的有序性(服务端),但是PBFT却能按照Client的有序性。 即使网络问题,先发起的请求晚于后发起的请求抵达服务端,服务端也不会打乱执行的顺序,PBFT是更严格的操作有序性。这也提高了系统的复杂度。 性能尚可 PBFT 算法通信复杂度 o(n^2),因为系统在尝试达成状态共识时,涉及到N个几点都需要广播N-1个其它节点。 而在没有作恶节点的zab、raft系统中,通信复杂度 O(N) raft与PBFT各有优缺点,raft容纳故障节点,PBFT容纳错误节点,要保持整个网络的稳定,或者说在一些鲁棒性要求高的场合,
“水位”是指在PBFT达成共识的同一时间内,区块链的每个区块的区块高度需要保持在同一个区间内,这个区间由低水位d和高水位H控制,需要满足关系: 而对于水位线的移动,可关联到PBFT的检查点协议。
PBFT算法的QC性质3. 提交阶段的作用3.1 前两个阶段3.2 假设只有两个阶段3.3 提交阶段的作用1. 本文讨论PBFT提交阶段的作用,要求读者对PBFT的算法有一个大致了解,如果你是刚听过这个算法,知道算法的基本流程,看完本文可能会对PBFT有更深入的理解;如果你研读过PBFT原论文,那么本文也许可以作为阅读拓展 PBFT算法的QC性质在讨论主题之前,我们需要先了解PBFT算法的QC性质,这是证明PBFT正确性的重要前提。Q 和 C 分别表示 Quorum 和 Certificate。 这两个性质贯穿了PBFT的整个证明过程,特别是性质1。第一个性质,我们可以用一个图直观地理解:图片图1. 提交阶段的作用3.1 前两个阶段PBFT包含三个阶段:预准备阶段、准备阶段、提交阶段。图片图2.
BCOS的PBFT优化FISCO BCOS v2.2.0优化了PBFT消息转发机制和Prepare包的结构,尽量减少网络中冗余的数据包,提升网络效率。1. PBFT消息转发优化为了保证节点断连情况下共识消息包能到达所有节点,FISCO BCOS PBFT共识模块一开始采用了消息转发机制,优化前的消息转发机制如下:图片BCOS通过配置TTL参数表示消息转发次数 消息转发机制进行了优化,下图展示了四节点区块链系统在节点断连情况下,PBFT消息包转发流程:图片● node0向{node1, node2, node3}发送PBFT消息,发现{node1, node3 优化后的PBFT消息转发策略,源节点在PBFT消息包中加入了forwardNodes字段记录断连节点信息,其他节点收到PBFT消息包后,将消息转发给forwardNodes记录的可达节点,保障PBFT消息包尽量能到达所有节点的同时 ,减少了网络中冗余的PBFT消息,提升网络效率。
PBFT 算法介绍 3.1 拜占庭将军问题 3.1.2 口头消息 3.1.3 签名消息 3.2 PBFT 算法流程 3.3 PBFT 算法改进动机 4. PBFT 算法改进 4.1 改进思路 4.2 椭圆曲线 4.3 数字签名 4.4 聚合签名 4.5 改进 PBFT 5. 总结与思考 参考文献 1. 引言 2. PBFT 算法介绍 3.1 拜占庭将军问题 3.1.2 口头消息 3.1.3 签名消息 3.2 PBFT 算法流程 3.3 PBFT 算法改进动机 4. PBFT 算法改进 4.1 改进思路 4.2 椭圆曲线 4.3 数字签名 4.4 聚合签名 4.5 改进 PBFT 5. 总结与思考 参考文献
PBFT算法的QC性质3. 提交阶段的作用3.1 前两个阶段3.2 假设只有两个阶段3.3 提交阶段的作用1. 本文讨论PBFT提交阶段的作用,要求读者对PBFT的算法有一个大致了解,如果你是刚听过这个算法,知道算法的基本流程,看完本文可能会对PBFT有更深入的理解;如果你研读过PBFT原论文,那么本文也许可以作为阅读拓展 PBFT算法的QC性质在讨论主题之前,我们需要先了解PBFT算法的QC性质,这是证明PBFT正确性的重要前提。Q 和 C 分别表示 Quorum 和 Certificate。 这两个性质贯穿了PBFT的整个证明过程,特别是性质1。第一个性质,我们可以用一个图直观地理解:图片图1. 提交阶段的作用3.1 前两个阶段PBFT包含三个阶段:预准备阶段、准备阶段、提交阶段。图片图2.
PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance) PBFT是拜占庭容错的一种实现。它的性能很高并且低延时,能够解决不信任节点的问题。 其有如下几个特征: 1. 如果想让PBFT正常工作,那么恶意节点个数不能大于总节点个数的1/3。 PBFT 的优点 一致性结果一旦产出,不会更改。 而PBFT不会存在这个问题。 相对于POW,PBFT对能源的消耗会少很多很多,再也不用浪费资源去挖坑了。 PBFT 的缺点 说完优点说缺点。 其实前面我们也提到了,PBFT需要节点之间两两通信,当节点个数太多的话,节点之间通信的消耗会大大增加。所以PBFT只适合用在联盟内部少数节点的情况。像是Hyperledger这样的联盟链。
PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance) PBFT是拜占庭容错的一种实现。它的性能很高并且低延时,能够解决不信任节点的问题。 其有如下几个特征: 1. 如果想让PBFT正常工作,那么恶意节点个数不能大于总节点个数的1/3。 PBFT 的优点 一致性结果一旦产出,不会更改。 而PBFT不会存在这个问题。 相对于POW,PBFT对能源的消耗会少很多很多,再也不用浪费资源去挖坑了。 PBFT 的缺点 说完优点说缺点。 其实前面我们也提到了,PBFT需要节点之间两两通信,当节点个数太多的话,节点之间通信的消耗会大大增加。所以PBFT只适合用在联盟内部少数节点的情况。像是Hyperledger这样的联盟链。
BBFT是一个PBFT的变形,它的原理与PBFT一脉相承。若想深刻理解BBFT的巧思,则必须进入PBFT的脉络推敲。早在区块链藉由比特币的大红大紫之前,PBFT就作为共识协议存在于世界上了。 PBFT基本的运作流程 PBFT是一个具有二轮投票的三阶段协议,每个视域(View)都会有一个特定的节点作为领导节点(Primary/Leader),负责通知所有节点进入投票流程。 PBFT的特性 PBFT与中本聪共识(区块链)有相当不同的特性:PBFT是一个许可制的、基于领导节点的、基于通讯的、安全性重于活跃性的共识协定。 许可制的(Permissioned):PBFT并非完全开放的,这是由于PBFT需要让节点能够验证彼此的讯息以及精准掌握节点的数量,区块链则是属于对任何人都开放的非许可制(Permissionless)。 PBFT的问题 首先,PBFT中的每个节点都需于每一轮投票中做n-n的通讯,假设n为1000,则每一次的共识都需要至少100,000次的通讯,尽管PBFT已经是BFT家族当中最实用的协议,这么巨量的通讯需求仍是扩展的瓶颈
PBFT 共识机制 实用拜占庭容错算法(Practical Byzantine Fault Tolerance Algorithm,PBFT)是首个实用的在异步分布式网络中实现拜占庭容错的共识算法。 无论 Facebook Libra 的 LibraBFT 共识协议,还是比原链 Bystack 的 BBFT共识机制,都在底层上充分吸收了 PBFT 的优点,采用了已有的经过时间验证的处理方式,并在 PBFT 由此把 PBFT 的两阶段确认扩展成了三阶段确认。 HotStuff 的另一个重要改变,是将 PBFT 的网状通信网络拓扑变成了星形通信网络拓扑。HotStuff 中,每次通信都依靠主节点。 传统 PBFT 的通信复杂度是指数级的,难以扩展,网络里面随着节点数暴涨,整个网络延迟可能很严重。 LibraBFT 共识机制更多是 PBFT 基础上的一种革新,更多关注算法本身,对 PBFT 有很多修改和优化的方面;BBFT 更多是在层级上进行分层控制,更多是一种系统全局思维。
PBFT 共识机制 实用拜占庭容错算法(Practical Byzantine Fault Tolerance Algorithm,PBFT)是首个实用的在异步分布式网络中实现拜占庭容错的共识算法。 无论 Facebook Libra 的 LibraBFT 共识协议,还是比原链 Bystack 的 BBFT共识机制,都在底层上充分吸收了 PBFT 的优点,采用了已有的经过时间验证的处理方式,并在 PBFT 由此把 PBFT 的两阶段确认扩展成了三阶段确认。 HotStuff 的另一个重要改变,是将 PBFT 的网状通信网络拓扑变成了星形通信网络拓扑。HotStuff 中,每次通信都依靠主节点。 传统 PBFT 的通信复杂度是指数级的,难以扩展,网络里面随着节点数暴涨,整个网络延迟可能很严重。 LibraBFT 共识机制更多是 PBFT 基础上的一种革新,更多关注算法本身,对 PBFT 有很多修改和优化的方面;BBFT 更多是在层级上进行分层控制,更多是一种系统全局思维。
感谢yeasy提供的很好的HyperLedger的模板,我们先克隆到本地: git clone https://github.com/yeasy/docker-compose-files 2.3 以PBFT 模式启动Fabric 先进入Git下载下来的Docker-compose目录: cd docker-compose-files/hyperledger/0.6/pbft/ 这里提供了多种模式的启动方案, : docker-compose -f 4-peers.yml up 系统会打印出启动的日志: Creating network "pbft_default" with the default driver Creating pbft_vp0_1 Creating pbft_vp3_1 Creating pbft_vp2_1 Creating pbft_vp1_1 …… 至此,我们的环境搭建完毕, _1 这里我们可以看到,最后一个容器pbft_vp0_1其启用了端口映射的,容器上面的7050端口会映射到Ubuntu的7050端口上。
经典拜占庭容错算法 Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) PBFT 是一种实用的拜占庭容错算法,常用于区块链和分布式数据库中。 PBFT 算法包括以下阶段: 预准备阶段(Pre-prepare):主节点向所有副本节点发送预准备消息。 准备阶段(Prepare):副本节点接收到预准备消息后,向所有节点发送准备消息。 例如,Hyperledger Fabric 中采用了 PBFT 作为其共识机制,确保在有限的恶意节点存在下,区块链系统能够正常运作。 UML 示例 为了更好地理解拜占庭容错算法的工作原理,下面我们使用 UML 绘制一个 PBFT 算法的流程图。
模式 PBFT 是经典的分布式一致性算法,也是 hyperledger 目前最推荐的算法,该算法至少需要 4 个节点。 首先,以 4 节点下的 PBFT 模式为例,配置 4 台互相连通的物理机,分别按照上述步骤配置 Docker,下载镜像。 4 台物理机分别命名为 vp0 ~ vp3。 \ -e CORE_PBFT_GENERAL_MODE=batch \ -e CORE_PBFT_GENERAL_TIMEOUT_REQUEST=10s \ hyperledger \ -e CORE_PBFT_GENERAL_MODE=batch \ -e CORE_PBFT_GENERAL_TIMEOUT_REQUEST=10s \ -e CORE_PEER_DISCOVERY_ROOTNODE 以 pbft 模式为例,节点名称为 pbft_vp0_1。 $ docker exec -it pbft_vp0_1 bash 部署 chaincode example02。
Raft 的好处是规则简单,容易理解,就像有一个明确的负责人来组织大家一样 拜占庭将军问题和 PBFT 算法 拜占庭将军问题(Byzantine Generals Problem)描述了在存在恶意节点的情况下 PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)算法通过多个阶段的投票和确认,确保即使有部分节点作恶,系统仍能保持一致性。 PBFT 适用于高安全性要求的场景,如区块链技术。 PBFT 是一种更“防坏人”的算法。想象一下,你们团队里可能有坏人故意捣乱,比如有人故意说“去吃火锅”,但其实是想让大家饿肚子。 PBFT 就是通过多轮投票和验证,确保即使有坏人捣乱,大家也能达成正确的决定。 在实际应用中,根据具体需求选择合适的共识算法,如 Paxos、Raft 或 PBFT,是设计高效分布式系统的关键。
按某文分类将共识机制算法分为:证明类(适用于较大范围的区块链平台,可参考分层或者较大用户结合跨链技术一起使用),拜占庭故障类(主要包括拜占庭容错类算法,PBFT、RBFT等一些改进算法,为了解决一些拜占庭将军问题 ,防止恶意节点影响主节点决策和一些失信问题),失效停止失效(raft类为主,可考虑相关算法PAXO等分布式一致性算法,鲁棒性网络容纳故障节点),能源电力领域考虑多使用POS、POA(以太坊网络共识),PBFT
拜占庭将军问题和 PBFT 算法 拜占庭将军问题(Byzantine Generals Problem)描述了在存在恶意节点的情况下,如何通过共识算法达成一致。 PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)算法通过多个阶段的投票和确认,确保即使有部分节点作恶,系统仍能保持一致性。 PBFT 适用于高安全性要求的场景,如区块链技术。 三、共识算法的应用场景 分布式数据库 在分布式数据库中,共识算法确保各节点的数据一致性。 在实际应用中,根据具体需求选择合适的共识算法,如 Paxos、Raft 或 PBFT,是设计高效分布式系统的关键。 希望本文能帮助读者更好地理解共识算法的原理及其在实际中的应用。