12、区块链共识算法：投票式算法解析

区块链共识算法：投票式算法解析

1. 投票式共识算法概述

投票式共识算法与基于证明的共识算法不同，负责创建和维护区块链的节点通常是受管理和控制的。这类算法主要针对许可型和无激励机制的区块链应用，我们可以借鉴分布式系统中传统的容错方法来研究它们。

分布式系统中的节点可能会出现崩溃故障（非拜占庭故障），比如因硬件故障、网络中断或软件问题导致节点停止工作或与网络断开连接；也可能会出现拜占庭故障，即节点恶意伪造或篡改信息。因此，投票式共识算法可进一步分为崩溃容错（CFT）和拜占庭容错（BFT）两类。

当前主流的 CFT 算法有 Paxos 和 Raft，其中 Raft 是 Paxos 的简化且易于实现的衍生算法。CFT 算法在存在拜占庭故障的情况下无法保证系统的可靠性和弹性，通常用于像 IPFS 和 IBM Hyperledger Fabric 这样的封闭环境中。本文主要关注能够同时容忍崩溃故障和拜占庭故障的 BFT 算法，它能提供更好的安全性和实现灵活性。

常见的 BFT 算法包括 PBFT 及其各种变体，如 Redundant BFT（RBFT）、delegated BFT（dBFT）和 BFT - SMaRt，还有近期出现的 HotStuff，它将成为 Facebook 即将推出的区块链支付系统 Diem（原 Libra）的基础共识算法。

2. 实用拜占庭容错算法（PBFT）

2.1 基本原理

原始的 PBFT 算法是在网络文件系统（NFS）的背景下提出的，节点分为主节点和副本节点，客户端的请求会触发状态机的执行。基于 IBM 的 Hyperledger Sawtooth PBFT 实现，其正常