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摘要：實用拜占庭容錯系統降低了拜占庭協議的運行復雜度，從指數級別降低到多項式級別，使拜占庭協議在分布式系統中應用成為可能。
拜占庭容錯系統簡介
原始的拜占庭容錯系統由于需要展示理論上的可行性而缺乏實用性。另外，算法的復雜度也是隨節點的增加而呈指數級增加。實用拜占庭容錯系統（Practical Byzantine Fault Tolerance, PBFT）降低了拜占庭協議的運行復雜度，從指數級別降低到多項式級別，使拜占庭協議在分布式系統中應用成為可能。
什么是實用拜占庭容錯系統實用拜占庭容錯系統是一類“狀態機”拜占庭系統（這里的狀態機可以理解為“系統狀態”，以區塊鏈記賬為例，系統每新增一個區塊，賬本就更新到一個新的狀態。前面講過，拜占庭容錯系統是一個強一致性協議，每次記賬后系統都會達成新的狀態。），要求系統所有節點共同維護一個狀態，所有節點采取的行動一致。
實用拜占庭容錯系統需要運行三類基本協議：
一致性協議：解決如何達成共識
檢查點協議：類似于操作系統的還原點
視圖更換協議：系統的每個服務器節點在同樣的配置信息下工作，該配置信息被稱為“視圖”。配置信息由主節點確定，主節點更換，視圖也隨之變化。
我們主要關注支持系統日常運行的一致性協議。
PBFT 的 一致性協議一致性協議至少包含請求（request）、序號分配（pre-prepare）、響應（reply）三個階段。根據協議設計的不同，可能包含相互交互(prepare) 、序號確認(commit)等階段。
PBFT系統通常假設故障節點個數為m個，而整個服務節點數為3m+1個。
上圖顯示了一個簡化的 PBFT 的協議通信模式，其中C為客戶端，N0~N3為服務節點，N0為主節點，N3為故障節點。協議的節本過程如下：
Request：客戶端發送請求，激活主節點的服務操作
當主節點接收請求后，啟動三階段的協議以向各從節點廣播請求
Pre-Prepare：主節點給請求賦值一個序列號n，廣播序號分配消息和請求消息，并構造PRE-PREPARE消息給各從節點
Prepare：從節點接收PRE-PREPARE消息，并向其他服務節點廣播PREPARE消息
Commit：各節點對視圖內的請求和次序進行驗證后，廣播COMMIT消息，執行收到的客戶端的請求并給客戶端以響應
Reply：客戶端等待來自不同節點的響應，若有m+1個響應相同，則該響應即為運算的結果
PBFT 演示在 n ≥ 3m + 1 的情況下一致性是可能解決的，其中，n為總節點數，m為惡意節點總數。我們模擬一下PBFT：
n = 4, m = 0
| 節點 | 得到數據 | 最終結果 |
|---|---|---|
| A | 1111 | 1 |
| B | 1111 | 1 |
| C | 1111 | 1 |
| D | 1111 | 1 |
n = 4, m = 1
| 節點 | 得到數據 | 最終結果 |
|---|---|---|
| A | 1110 | 1 |
| B | 1101 | 1 |
| C | 1011 | 1 |
| D | 0111 | 1 |
n = 4，m = 2
| 節點 | 得到數據 | 最終結果 |
|---|---|---|
| A | 1100 | NA |
| B | 1001 | NA |
| C | 0011 | NA |
| D | 0110 | NA |
由此可以看出，實用拜占庭容錯系統能夠容納將近1/3的拜占庭節點。
實用拜占庭容錯系統在很多場景都有應用，在區塊鏈應用中，一般適合于對強一致性有要求的私有鏈和聯盟鏈場景。例如，在IBM主導的區塊鏈超級賬本項目中，實用拜占庭容錯系統是一個可選的共識協議。
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