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带有主动恢复的拜占庭容错算法在区块链中的应用

赵振龙  
【摘要】:区块链从中本聪设计的比特币中诞生,随着比特币在全球的风靡,支撑其运行的区块链技术也被各国政府、企业和创新社区广泛地关注与研究。区块链技术以其去中心化,数据不可篡改,分布式超级账本等功能特性,在金融交易、物流信息、能源管理等领域受到广泛的关注。但是目前的区块链系统仍面临高性能、高可用性等技术挑战。在性能指标方面,以比特币为例,它使用工作量证明(PoW)来取得共识(concensus),是非常低频的,每秒交易约7笔,交易平均确认时间为12分钟,且这类算法耗能严重。而PAXOS、Raft等一致性算法则没有考虑到拜占庭容错。PBFT算法设计考虑了拜占庭容错问题,但由于其相对复杂的视图转换(view change)过程与较长的等待周期,系统面临不可用风险。本论文在系统研究以上共识算法的基础上,设计了主动恢复(recovery)机制,将其应用到PBFT中,提出了契合区块链应用场景的基于主动恢复的健壮拜占庭容错算法(Robust Byzantine Fault Tolerant,RBFT)。相对于 PBFT,RBFT 具有以下优势:适用于区块链的交易安全保障。对交易内容预先验证筛选,避免共识结果写入问题。失效检测机制。对缺少数据节点失效情况,快速检测并发现。主动恢复机制。主动高效恢复落后节点所需的区块数据,并恢复共识信息,使节点无缝接入当前共识过程,缩短节点不可用周期。我们运行配备RBFT共识机制的区块链平台,测试其性能,模拟节点失效的情形,实验结果表明,该算法交易吞吐量可以达到每秒3000笔,且在节点失效情况下,恢复时间比PBFT缩短60%,提高了区块链系统的可用性和鲁棒性。


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