拜占庭容错系统简介拜占庭容错系统简介

拜占庭容错系统简介原始的拜占庭容错系统由于需要展示理论上的可行性而缺乏实用性。另外，算法的复杂度也是随节点的增加而呈指数级增加。实用拜占庭容错系统（Practical Byzantine Fault Tolerance, PBFT）降低了拜占庭协议的运行复杂度，从指数级别降低到多项式级别，使拜占庭协议在分布式系统中应用成为可能。
什么是实用拜占庭容错系统实用拜占庭容错系统是一类“状态机”拜占庭系统（这里的状态机可以理解为“系统状态”，以区块链记账为例，系统每新增一个区块，账本就更新到一个新的状态。前面讲过，拜占庭容错系统是一个强一致性协议，每次记账后系统都会达成新的状态。），要求系统所有节点共同维护一个状态，所有节点采取的行动一致。
实用拜占庭容错系统需要运行三类基本协议：

一致性协议：解决如何达成共识
检查点协议：类似于操作系统的还原点
视图更换协议：系统的每个服务器节点在同样的配置信息下工作，该配置信息被称为“视图”。配置信息由主节点确定，主节点更换，视图也随之变化。

我们主要关注支持系统日常运行的一致性协议。
PBFT 的一致性协议一致性协议至少包含请求（request）、序号分配（pre-prepare）、响应（reply）三个阶段。根据协议设计的不同，可能包含相互交互(prepare) 、序号确认(commit)等阶段。
【拜占庭容错系统简介】PBFT系统通常假设故障节点个数为m个，而整个服务节点数为3m+1个。

文章图片

上图显示了一个简化的 PBFT 的协议通信模式，其中C为客户端，N0~N3为服务节点，N0为主节点，N3为故障节点。协议的节本过程如下：

Request：客户端发送请求，激活主节点的服务操作
当主节点接收请求后，启动三阶段的协议以向各从节点广播请求
- Pre-Prepare：主节点给请求赋值一个序列号n，广播序号分配消息和请求消息，并构造PRE-PREPARE消息给各从节点
- Prepare：从节点接收PRE-PREPARE消息，并向其他服务节点广播PREPARE消息
- Commit：各节点对视图内的请求和次序进行验证后，广播COMMIT消息，执行收到的客户端的请求并给客户端以响应
Reply：客户端等待来自不同节点的响应，若有m+1个响应相同，则该响应即为运算的结果

PBFT 演示在 n ≥ 3m + 1 的情況下一致性是可能解決的，其中，n为总节点数，m为恶意节点总数。我们模拟一下PBFT：
n = 4, m = 0