Algorand 系列二： Algorand 共识算法(2017)的设计原理-1

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一、背景知识

一提到Algorand就想到了VRF抽签。关于VRF，已有专门的文章进行了详细的分析 传送门，本文专注于Algorand早期版本的共识算法设计原理。

Algorand在2017年发布的协议是基于拜占庭共识（BA），命名为 BA∗BA^*BA∗ 协议，主要包含两阶段：

1. 第一阶段：分级共识协议 $GC$ 。

2. 第二阶段：二元拜占庭协议 BBA* 。

首先，我们来了解下这两个阶段详细的背景知识。

1.1 分级共识协议 GC

结合 graded broadcast 与 crusader agreement，分级共识协议概念的定义如下。

gradecast 就是一个 $(n,t)$ 分级的共识协议，包含了3-Step。而Algorand共识算法中第一阶段的GC包含了 gradecast 的最后两步。具体的内容如下。

Step 1：每个节点 $i$ 给所有节点发送 vi′v_i^{'}vi′​

Step 2：当且仅当 #i2(x)⩾2t+1\#_i^2(x) \geqslant 2t+1#i2​(x)⩾2t+1 时，每个节点 $i$ 给所有节点发送字符串 $x$

输出决定条件：

1.2 二元拜占庭协议 BBA∗BBA^*BBA∗

二元拜占庭协议BBA∗BBA^*BBA∗借鉴了Feldman、Micali提出的二元BA​协议。

前提：诚实节点超过 2/3，即总节点数 $n\ge 3t+1$，其中 $t$ 代表恶意节点的最大可能数量。

不管恶意节点如何操作，每次主循环的执行都有 1/3 的概率把节点带入协议中。

该协议有一个设置的要求：需要一个共同的随机字符串 $r$，不依赖节点的key (Algorand中是 QrQ^rQr)。

协议实际上是一个3步循环：节点间不停的交换布尔值。

节点可以在任意时间退出该循环。如果节点 $i$ 在退出前，在某步骤广播了一个值 $b$，退出后，其它节点就假装从 $i$ 那收到了 bb