区块链基础复习（共识算法）

Posted 2021-11-11 白速龙王的回眸

Pow：找合适的nonce st区块哈希满足一定条件，大家都很容易验证，但很难算

Pos：把记账权给币龄大的节点

DPoS：委托权益证明，有点像股东大会

VRF：一种随机机制

讲真，没怎么看懂

划重点，讲PBFT:


PBFT场景：

1.f个节点是拜占庭节点

网络至少需要3f+1个节点，为了使得所有诚实的节点最终状态一致且正确，必须要求诚实的节点数量大于恶意的节点。

设节点总数为N，拜占庭节点总数为F，由于拜占庭节点可能不发信息，所以每个节点需要从N-F个节点中判断。最坏的情况下，这N-F个节点中包括了全部的F个拜占庭节点，那么诚实的节点只有N-2F个，这时就需要N-2F > F(少数服从多数)，因此N > 3F,所以N的最小值为3F + 1

2.f+1个节点是拜占庭节点（同5）

假设N仍然是3f + 1，拜占庭f；那么每个节点会从2f个节点中判断。如果某诚实节点不幸收到f+1个拜占庭节点的信息，就无法保持正确了。

3.主节点是拜占庭节点

【safety：一致性，liveness：可用性。safety表示没有错误，liveness表示有限时间可完成。】若主节点是拜占庭节点，新的请求无法在有限时间内达成一致，可用性无法满足。视图切换（节点排位，副本1为主节点），可以让至少f+1个诚实节点迁移到新的一致状态。通过视图切换，可以选举出新的、让请求在有限时间内达成一致的主节点，向客户端响应。

视图切换条件：

1.主节点在共识未超过2/3时进行答复

2.请求编号超过水线

3.超过定义时长

Q1：如果下一个View的主节点宕机了怎么办？

A1：副本节点在收集到2f+1个view-change消息后，会启动定时器，超时时间为T，新view的主节点宕机，必然会导致定时器超时时，未能完成View Changes流程，会进入新一轮视图切换。

Q2：如果下一个View的主节点是恶意节点，作恶怎么办？

A2：新view的主节点是恶意节点，如果它做恶了，生成的new-view消息不合法，副本节点可以检测出来。或者new-view消息是合法的，但它只发送给了少数副本节点，副本节点在对new-view消息进行正常的3阶段流程，参与的节点太少，在定时器超时前，不足以完成3阶段流程，副本节点会进入下一轮视图切换。

Q3：如果非拜占庭恶意发起View Changes，造成主节点切换怎么办？

A3：定时器未超时情况下，只有有效的f+1个view-change消息，才会引发其他副本节点进行主节点切换，否则无法造成主节点切换。但PBFT的前提条件是恶意节点不足f个，所以只有恶意节点发起view-change消息时，无法造成主节点切换。

Q4：如果参与View Changes的节点数量不足怎么办？

A4：这个问题可以分几种情况。

• 发起view-change的节点数量不足f+1个，这种情况不会发生整个集群的视图切换。
• 视图切换过程中，不满足各节点的数量要求，无法完成本轮视图切换，会进入下一轮视图切换

4.三阶段协议能否改成两阶段

3阶段消息是：Pre-prepare、Prepare和Commit。每个消息都会包含数字签名，证明消息的发送者，以及消息类型

Pre-prepare消息由主节点发出，包含：

• 当前view：v
• 主节点分配给请求的序号n
• 请求的摘要d
• 请求本身m

Prepare是副本节点收到Pre-prepare消息后，做出的响应，发送给所有副本节点，包含：

• v
• n
• d

Prepared状态：副本i有Pre-prepare消息，且收到2f个有效的Prepare消息。

副本i达到Prepared状态，可以发送（广播）Commit消息，Commit消息的内容和Prepare消息内容相同，但消息类型和数字签名是不同的

3阶段消息解决让非拜占庭节点达成一致

若只有Pre-prepare和Prepare消息，Prepared状态可以证明非拜占庭节点在只有请求m使用<v, n>上达成一致。

但是Prepared是一个局部视角，不能保持全局一致。副本i无法确定，其他副本也达到Prepared状态（通过commit保证）。如果少于f个副本成为Prepared状态，然后执行了请求m，系统就出现了不一致。

某节点不通过commit将prepared消息计入，若此时主节点挂掉（发生视图切换），会把消息序列更新，这样就只有一个节点写入了。

5.3f节点能否容纳f个拜占庭节点

不能。诚实节点（A），诚实节点（B），拜占庭节点（C）各f个。

每个节点收到2f-1个有效的Prepare消息就可以。

这时候如果主节点为拜占庭节点，C向A发进攻指令（共2f个节点），A达成进攻共识。C向B发撤退指令（共2f个节点），B达成撤退共识。A和B就不一致了。

接下来，讲讲私链，就默认没有拜占庭节点了
看看Paxos算法：





最后再看看RAFT：也是一个私链常用的算法


总结：
介绍了POW,POS,DPOS,VRF,PBFT,PAXOS,RAFT