PBFT共识算法

最新推荐文章于 2025-03-23 07:00:00 发布
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分类专栏： 共识算法
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PBFT共识算法

PBFT包括两个主要的工作流程

  1. 网络环境良好情况下的正常工作模式(网络节点都同步 而且 leader运行正常)
  2. 用于更换崩溃leader的view-change模式

正常工作模式

正常工作模式，包含三个子协议 Pre-Prepare,Prepare,Commit.

  1. 当leader收到客户端的transaction时，根据transaction广播pre-prepare消息。
  2. 收到pre-prepare消息的节点，广播prepare消息。
  3. 当节点收到2f个preprare消息时，广播commit消息。
  4. 当节点收到2f+1个commit消息时，处理transaction。

view-change模式

当正常工作模式出现超时，共识发生停滞的时候。节点会更换至view-change模式。并将节点本地的view-number++，同时广播view-change消息

如果节点的正常工作模式没有出现超时，但是收到了f+1个view-change消息。也会切换到view-change模式，并将节点本地的view-number++，同时广播view-change消息。

view-change工作模式规定新的leader为 view-change消息的heightmod 节点总数N。因此新的leader的转换过程，是在节点集合中循环的。

当节点发现自己就是新的view的leader，而且收到了2f+1个view-change消息时，广播NEW_VIEW消息。收到的2f+1个view-change消息被组合起来作为NEW-VIEW消息的proof。

当节点接收到一个 number大于等于自己当前view-number的NEW-VIEW消息时，更新自己的view-number到NEW-VIEW消息的number。

如果节点收到的NEW-VIEWnumber小于自己的当前number,则忽略。

节点进入view-change模式后，维护一个timeout计时器。 每一次view-change工作模式的失败(例如超时，即在timeout时间内收不到NEW-VIEW消息）都会使timeout计时器的超时时间翻倍。

对PBFT的攻击

背景

  1. Andrew Miller 设计了新的共识 HoneyBadgerBFT，论文中提到了BFT共识严重依赖时序假设，所造成的脆弱性。 在论文的附录中，Andrew Miller 介绍了BFT的攻击方法，本文将对该方法进行翻译和介绍。
  2. 另外本文不再对BFT的时序脆弱性进行论证，详情可见HoneyBadgerBFT的英文论文或者 中文论文。

断断续续的正常工作模式将会阻碍PBFT

我们会设计一个恶意的proxy调度器。拦截并延迟发给leader的消息。

下图展示了攻击的整个过程 其中 〇 后面的消息是该列表示的节点向外发出的消息 • 后面的消息是该列表示的节点接受到的消息 ❌表示收到的消息view已经过时，因而忽略。 红色区域表示 延时发送 粉色区域表示 延时接受 在每一格的右下角会标注该列节点所处的 view
!
从图中我们可以看出。 第一阶段 client向0,1,2,3四个节点发出Req。 作为leader节点的0 向外发出PP 准备挖矿 但是这个PP为攻击者抑制住了 所有节点在∆时间内 没有收到PP，便误认为是leader崩溃，进入view-change模式

第二阶段 节点0123进入view-change模式 节点0123向外发出V1，试图更换view，试图将leader更换为1 这时候，攻击者抑制节点1接受V1消息 使得节点023更新到了view1，同时leader也变成了节点1 只有节点1没有收到V1,于是等待大家推选出新的leader

第三阶段 节点1接收到了刚刚被攻击者抑制的V1消息，发现大家选了自己作为leader 于是向外宣布就职，发出消息N1PP1 节点023由于没有在阶段2的时间内收到N1PP1，以为节点1已经崩溃，无法胜任leader。故向外发送V2宣布，继续大选。 节点1收到了V2，发现自己错过了就职时间，很遗憾，只能附和V2.继续推选其他leader。 此时攻击者抑制节点2接受V2消息。 截止当前 节点013都认为节点2是新的leader 只有身为leader的节点2还不知情，继续等待大家选举leader

第四阶段 由于没有收到leader发出的就职消息，大家以为节点2已经崩溃。于是发起新的大选V3 节点2也在收到V2后又收到V3，发现自己已经错过了就职时间。很遗憾但是只能附和V3

不断循环上述过程，所有矿工都陷入无尽的大选循环当中，而不从事任何劳动。导致共识停滞。

总结
只要攻击者能抑制第一个leader发出PP,并顺次抑制其他leader接收Vn 整个网络中的共识就会永久停滞。

资料

  1. 知乎：HoneyBadger-BFT核心:PBFT时间敏感性及其攻击方法
    https://zhuanlan.zhihu.com/p/161629554
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