BFT用在區(qū)塊鏈改進上的好處是什么

自2018年末推出以來，Lisk改進建議（或LIPs）與Lisk社區(qū)密切合作，幫助改善了生態(tài)系統(tǒng)。我們通過這個過程引入的許多網(wǎng)絡(luò)特性之一是新的拜占庭容錯（BFT）共識系統(tǒng)。在這篇博客文章中，我們已經(jīng)討論了Lisk協(xié)議共識算法的優(yōu)點。在Lisk SDK 3.0.0中實現(xiàn)它之前，我想關(guān)注BFT共識的一個重要方面——計算塊終結(jié)的過程，即保證某個特定塊永遠不會被還原。

BFT的主要好處是什么？

在深入討論這個主題之前，讓我們快速瀏覽一下BFT在區(qū)塊鏈上改進的基本關(guān)鍵特性。

1. 安全性：如果網(wǎng)絡(luò)中超過 2/3 的活動委托誠實地遵循協(xié)議，則兩個沖突塊永遠無法在鏈上最終確定。

2. 活性：即使 1/3 的活動委托脫機，新塊仍可在網(wǎng)絡(luò)上完成。

3. 問責制：如果代表違反議定書，他/她將對此負責。

這是BFT為協(xié)議提供的三個高級值。它試圖盡快從分叉中恢復過來，以更好地完成網(wǎng)絡(luò)鏈的增長。這些特性都需要更廣泛的理解。在這里，我們將更多地關(guān)注實現(xiàn)細節(jié)。

使用BFT共識，每個節(jié)點不僅僅維護了區(qū)塊鏈。它還在內(nèi)存中維護額外的元數(shù)據(jù)，以便根據(jù)算法定義的規(guī)則驗證塊。此信息還將部分保存在區(qū)塊鏈本身上，以確保節(jié)點在崩潰時可以重建內(nèi)存中的數(shù)據(jù)集。對于每個塊，我們額外保留到區(qū)塊鏈的一個屬性是委托之前鍛造的高度和鍛造該塊時預投票的最大高度。與此同時，每個節(jié)點將保持最終確定的高度，因此在鏈恢復的情況下，已經(jīng)確定的塊不能被恢復。

讓我們進入今天的主題——代表們?yōu)閴K投票。

為塊進行民主投票

在Lisk生態(tài)系統(tǒng)中，投票并不是什么新鮮事——它是所有授權(quán)的權(quán)益關(guān)系證明（DPoS）協(xié)商共識算法的核心。LSK代幣持有者可以為代表投票，然后，根據(jù)他們的投票，系統(tǒng)選擇有資格為特定一輪鑄造新區(qū)塊的最高代表。以前，投票制度只用于為代表投票。隨著BFT的引入，這一概念得到了擴展?，F(xiàn)在，每個委托者將為每個塊投一票，唯一的區(qū)別是這些票將由各個節(jié)點維護和保存。只有少數(shù)計算出來的屬性將與網(wǎng)絡(luò)共享，而不是與整個投票分類賬共享。系統(tǒng)中的數(shù)學公式和協(xié)議檢查將確保每個節(jié)點投出適當?shù)倪x票。

與任何投票系統(tǒng)一樣，基本規(guī)則是，作為一個代表，您只能對特定高度的塊投一次票。由于兩個塊不能在同一高度上存在，所以實際上可以為每個塊投一次票。這個過程稱為預投票。收集到塊?以上的選票（多數(shù)）有資格獲得下一輪的投票。

第二輪投票稱為預提交，規(guī)則相同 - 一名代表可以預先提交一個塊，合格的塊即意味著已經(jīng)獲得了超過2/3的所有預投票。最終確定的最高塊將被視為鏈的最終高度。所有高度低于最終確定的塊也將被視為最終確定塊，在任何情況下都不能還原。

還有一些其他的規(guī)則：

1. 代表不能預先投票，也不能預先提交他們沒有參與的那輪投票的區(qū)塊。這樣做是為了避免垃圾投票。因此，我們需要跟蹤委托何時開始活動。

2. 代表不能提預投票和預提交超過兩輪，以提高整個系統(tǒng)的性能。

示例場景#1—四個委托，都是偽造的

為了更好地理解這個概念，讓我們舉一個小例子。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中有四個活動的委托。完成任何塊——至少?（三個代表）必須同意。

4名代表-全部鍛造

讓我們通過一個數(shù)據(jù)模擬來進一步理解這一點。

1. 應(yīng)用區(qū)塊鏈時，需要檢查以下信息： 代表先前偽造的高度、已獲得?的區(qū)塊鏈中最高高度以及上一次委托處于活動狀態(tài)的輪數(shù)

2. 委托檢查前預提交和使所有導向塊?票為止?？紤]到規(guī)則，該委托不能兩次預提交相同的塊。委托也不能預先提交未激活的塊。此外，由于性能原因，我們不會在鏈的當前高度之后的超過兩輪執(zhí)行這些預提交。

3.在每個塊上，委托將對所有塊進行預投票?？紤]到委托不能對同一個塊進行兩次預投票的規(guī)則。代表不能在不活躍的時候提前投票。此外，出于性能原因，我們不會從當前鏈的高度執(zhí)行超過兩輪的預提交。

4. 如圖所示，鏈中的第一個塊在高度6處有三個預提交。這意味著該塊已經(jīng)完成，并且永遠不會被還原。

5. 鏈中的其余塊顯然應(yīng)用于鏈。為了解決網(wǎng)絡(luò)中的分叉問題，可以適當恢復這些分叉。

6. 你可能會注意到的塊?選票增加前的預提交。擁有更多預投票的塊將有更多的預提交，并且有更多的機會被最終確定。

有一個重要的事實需要記住——終結(jié)性不是針對單個塊的，而是針對特定塊的高度。如果完成了一個塊，這意味著它下面的所有塊也都完成了。由于委托列表（確定鍛造順序的列表）中的更改，最終結(jié)果并不總是按順序遞增的。這意味著有可能有幾個塊沒有完成，但是下一個塊將會更早完成。在這種情況下，所有先前的塊，高度低于剛剛完成的塊，也將被視為完成。

示例場景#2—四個委托，缺少插槽

為了進一步理解這個預投票和預提交流程，讓我們以具有相同四個代表的模擬為例，但是這一次代表開始丟失他們的插槽。這導致鏈的最終性沒有平穩(wěn)地增長，而是在最終塊之間有間隙。

在這個數(shù)據(jù)模擬中，您將注意到第一個最終確定的塊位于高度6，而鏈位于高度11。之所以會出現(xiàn)這種情況，是因為代表們錯過了名額，無法預投票，也無法預先對之前的區(qū)塊做出提交。但是由于高度6已經(jīng)確定，所以在該高度之前的所有塊也將被認為是最終確定的。

示例場景#3 -五個委托，全部切換

現(xiàn)在讓我們再舉一個例子，有五名代表正在偽造，但在第三輪之后，他們都被其他代表取代了。

在這個模擬中需要注意的關(guān)鍵事實是，最終的高度是如何從高度1持續(xù)增長到高度15的。然后從15到30保持靜止狀態(tài)。在每個塊上，委托仍然為新塊投票，但是由于委托不能在非活動期間預先提交任何塊，所以它們沒有預先提交舊塊。網(wǎng)絡(luò)將會增長，但不會考慮最后確定任何塊。

示例場景#4 - 11個委托，一個委托開關(guān)

這個用例更類似于一個真實的網(wǎng)絡(luò)，在這個網(wǎng)絡(luò)中，委托列表在幾輪中保持一致，然后只有少數(shù)幾個委托交換它們的位置。在這個數(shù)據(jù)模擬中，我們還增加了委托的數(shù)量，這產(chǎn)生了一組令人難以置信的數(shù)字。

在這個例子中，我們可以看到這個網(wǎng)絡(luò)的最終結(jié)果是連續(xù)增長到33，然后停止一段時間（4個塊）。最終結(jié)果又開始增長。這種行為更接近實際生活中的網(wǎng)絡(luò)。

為什么要進行這些模擬呢？

您可能想知道為什么我們要完成并開發(fā)所有這些數(shù)據(jù)密集型的模擬，盡管邏輯已經(jīng)被記錄下來了。但理解邏輯部分是復雜的，可能會在實現(xiàn)過程中導致錯誤。這些數(shù)據(jù)模擬使我們對數(shù)據(jù)流有了清晰的理解，并可視化了BFT共識性在各種情況下的行為。

與此同時，這些數(shù)據(jù)模擬幫助我們?yōu)閷崿F(xiàn)編寫測試，這不僅使實現(xiàn)變得合理，而且為我們提供了擴展和添加更多測試場景的方法。

我們希望這些數(shù)據(jù)模擬也能幫助您更好地理解BFT共識建議。再次重申，本文只涉及BFT LIP的一個方面，即預投票和預提交。在LIP中還有很多，比如分叉的選擇規(guī)則和分叉的恢復機制，這些結(jié)合起來就可以完成拜占庭式的容錯共識。
來源；區(qū)塊網(wǎng)