一种基于流水线高效共识算法FP-BFT
发布时间:2022-06-27 15:16:49 编辑:河南工业大学分布式计算与区块链实验室-LiuXL

拜占庭容错类共识算法因其具有对作恶节点的容错能力并且能够最终达到系统确定一致性而在区块链系统中得到广泛应用,但多轮通信带来的共识效率低下和扩展能力有限是其面临的主要问题。

一种基于流水线的快速拜占庭容错共识算法FP-BFT (Fast Pipeline Byzantine Fault Tolerance consensus algorithm)  ,采用无领导者的流水线共识架构,每轮随机选取2f+1个节点形成委员会,轮间采取并行流水线的执行方式,委员会内部通过节点广播投票达成共识。FP-BFT将BFT类共识从三阶段提交降为两阶段提交,减少了通信轮次和开销;随机选择委员会节点可避免出块节点垄断;流水线架构可大大提高出块效率,提供系统吞吐量。

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    提出的FP-BFT算法与PBFT、BFT-SMaRt等经典的BFT类共识算法相比,由于采用了流水线的并行执行架构,系统的吞吐量得到了很大提升,这是传统BFT类共识算法无法比拟的。FP-BFT算法与流水线共识算法HotStuff相比,主要有两点优势:(1)FP-BFT算法采用两阶段提交而非三阶段提交模型,参与共识的节点在第二个阶段会减少为2f+1个,因此共识效率会更高;(2)FP-BFT算法采用无领导者模型,不会像HotStuff算法所采用的强领导者模型那样,当系统节点规模增大时,由于领导者节点通信压力剧增而导致系统性能的快速下降,因此算法扩展性更好。本文对提出的算法进行算法理论分析和实验验证,结果表明FP-BFT共识算法可以在3f+1的容错模型下,保证算法一致性的Liveness约束和Safety约束;并且由于每轮采用随机种子的委员会选取方式,从而避免拜占庭节点的攻击,确保了算法的安全性。FP-BFT算法因吞吐量和扩展性等技术优势,可广泛应用于公链和联盟链系统,成为现有拜占庭容错共识算法的有力补充。




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