14、分布式系统中的共识算法详解

分布式系统中的共识算法详解

一、共识问题概述

共识是分布式系统中的一个基本问题。自20世纪70年代以来，该问题就在分布式系统的研究中被广泛探讨。近年来，随着区块链技术的出现，人们对开发适用于区块链网络的分布式共识算法产生了新的兴趣。

分布式系统主要分为消息传递和共享内存两类，在区块链的语境下，我们关注的是消息传递类型的分布式系统，网络中的参与者通过相互传递消息进行通信。区块链是一种依赖共识机制的分布式系统，该机制确保了区块链网络的安全性和活性。

区块链网络主要分为许可型和公共（非许可型）两种类型，共识算法也基于这两种范式进行分类。例如，比特币是一个公共区块链，它运行工作量证明（PoW）算法，有时也被称为中本聪共识。相比之下，许多许可型区块链倾向于运行传统或经典分布式共识的变体，如伊斯坦布尔拜占庭容错（IBFT），它是实用拜占庭容错（PBFT）算法的区块链版本。

二、拜占庭将军问题

拜占庭将军问题由M. Pease、R. Shostak和L. Lamport首次提出。在分布式系统中，即使存在故障，网络中的节点也需要达成共识。为了解释这个问题，Lamport提出了一个寓言式的表述：一支拜占庭军队分成不同的部队，分布在城市周围，每个部队由一位将军指挥，他们只能通过信使相互通信。为了取得成功，将军们必须协调计划，决定是进攻还是撤退。然而，问题在于有些将军可能不忠，会恶意阻碍达成统一计划。因此，即使存在奸诈的将军，每个诚实的将军也必须就同一决策达成一致。

在数字世界中，将军由计算机（节点）表示，通信链路是传递消息的信使，不忠的将军则是故障节点。

三、容错性

共识机制的一个基本要求是具