FISCO BCOS PBFT网络优化

Posted 2021-09-09 软件工程小施同学

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。

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共识模块采用了消息转发机制，

优化前的消息转发机制如下：

 

对于全连四节点区块链系统，系统TTL（Time To Live的缩写，该字段指定IP包被路由器丢弃之前允许通过的最大网段数量）设置为2时，每个共识消息包均会被转发三次，且节点规模越大、TTL值越大冗余的共识消息包越多。

且Leader广播的Prepare包内含有整个区块，多次转发同样的Prepare包会带来巨大的网络开销。

 

为了

• 在网络全连的情况下，避免冗余的共识消息包；
• 在网络断连情况下，共识消息包能尽量到达每个共识节点，

FISCO BCOS v2.2.0对PBFT消息转发机制进行了优化，优化后的PBFT消息转发流程如下：

 

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：

 

• node0向{node1, node2, node3}发送PBFT消息，发现{node1, node3}不在连接列表内，则将PBFT消息msg的forwardNodes字段设置为{node1, node3}，并将其转发给node2；
• node2收到node1的PBFT消息后，判断forwardNodes字段不为空，则遍历邻居节点列表{node1, node3}，并将邻居节点从forwardNodes中移除；
• node2向node1和node3转发更新后的PBFT消息msg；
• node1和node3收到msg后，判断forwardNodes字段为空，认为该消息已经到达了所有节点，不继续转发PBFT消息。

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。

Prepare包结构优化

PBFT共识算法中，Leader向所有节点广播Prepare包，Prepare包内包含Leader节点从交易池打包的整个区块，由于同步模块会将交易同步到所有共识节点，因此Prepare包内区块的交易有很大概率在其他共识节点的交易池命中。

基于这点，FISCO BCOS 2.2.0优化了Prepare包结构，Prepare消息包内的区块仅包含交易哈希，其他节点收到Prepare包后，优先从本地交易池内获取命中交易，缺失的交易向Leader请求。

优化后的Prepare消息包内的区块结构如下：

 

Prepare包处理流程如下：

 

优化Prepare结构后，充分利用了交易池缓存的交易，进一步降低了Prepare消息包的大小，节省了网络流量。

https://fisco-bcos-documentation.readthedocs.io/zh_CN/latest/docs/design/consensus/pbft_optimize.html?highlight=filter#id1