区块链浅谈区块链共识机制与分布式一致性算法

Posted 2021-04-24 众筹金融研究院

一、前言

本文打算先提出观点，欢迎大家参与讨论。

1、传统分布式一致性算法和区块链共识过程的异同点

相同点：

Append only
强调序列化
少数服从多数原则
分离覆盖的问题：即长链覆盖短链区块，多节点覆盖少数节点日志。

不同点：

传统分布式一致性算法大多不考虑拜占庭容错(Byzanetine Paxos除外)，即假设所有节点只发生宕机、网络故障等非人为问题，并不考虑恶意节点篡改数据的问题；

传统分布式一致性算法是面向日志（数据库）的，即更通用的情况，而区块链共识模型面向交易的，所以严格来说，传统分布式一致性算法应该处于区块链共识模型的下面一层。

2、区块链共识模型与传统一致性算法的关系

考虑上面的不同点，结合私有链和行业链的性质，我们有：

私有链：封闭生态的存储网络，所有节点都是可信任的，如某大型集团内部多数公司。

行业链：半封闭生态的交易网络，存在对等的不信任节点，如房地产行业A、B、C、D公司。

公有链：开放生态的交易网络，这层主要是为行业链和私有链提供全球交易网络。

由于私有链是封闭生态的存储网络，也就是说使用传统分布式一致性模型应该是最优的；

由于联盟行业链其半封闭半开放特性，使用Delegated Proof of XXX 是最优的，可以考虑以传统一致性算法作为基础加入拜占庭容错/安全防护机制进行改进。

公有链PoW应该仍然是最优的选择。

有图为证：

二、传统分布式一致性算法介绍 

本文主要讨论主流的Paxos算法家族和Raft算法，这里抛砖引玉，网络上有关两者的资料非常丰富，大家可自行搜索查阅。

Paxos 算法家族

1

1998年Lamport提出Paxos算法，后续又增添多个改进版本的Paxos形成Paxos协议家族，且Paxos都有共同点是不容易工程实现。

Classic Paxos ：LeaderLess，又名Basic Paxos，以下均为Paxos的变种，基于CAP定律，侧重了不同方向。
Cheap Paxos
Egalitarian Paxos ： conflicts rare
Fast Paxos ： Leader only when needed ，conflicts common
Multi-Paxos ：Leader driven
Byzanetine Paxos

"Byzantine Paxos adds an extra message (Verify) which acts to distribute knowledge and verify the actions of the other processors".Lamport 在2011年的论文《Leaderless Byzanetine Paxos》中表示不清楚实践中是否有效，考虑Paxos本身实现的难度，此方案工程角度不是最优，但是系统角度应该是最好的。

本小节Ref：

Wikipedia_Paxos

Leaderless Byzanetine Paxos

Raft 算法

2

这是一个非常友好的算法，容易理解、实现，不过它是Strong Leadership的，也就是说，

任意包含Leader的时刻，Leader拥有完全记账权，如果此Leader节点是恶意的，后果不堪设想。

且leadership的一致性算法都有个通病，吞吐量受单个节点的限制，这点在Raft身上体现尤甚。

Raft算法简介：https://raft.github.io/

Raft算法动态演示：http://thesecretlivesofdata.com/raft/

其他

3

VRR(Viewstamped Replication Revisited)
这也是一个基于leadership的一致性算法，相比上述其他算法，它的优点是延迟最小。

三、常见区块链共识模型介绍

转载自这里：https://bitsharestalk.org/index.php?topic=4031.0

这是DPoS的白皮书，主要介绍了DPos，但也囊括了其他共识模型的介绍。

授权股权证明机制白皮书(Delegated Proof-of-Stake ，DPOS)见学堂-教程。

来源：BitShares比特股社区 编辑：王凯