使用PBFT和Vector Clock解决区块链时序问题

2018/10/28 blockchain

背景

如果用区块链来记账,就会涉及到一个分布式时序的问题。当交易在不同区块时,我们很容易依赖各自相关的块高度来判断时序问题。但是为了提高区块链的吞吐,就必须进行批出来,这样一来,出块的间隔就会增大,如果相关的两个事件,事件间隔特别短,出现在同一个块内时,如果判断时序问题?因为通常的P2P传播很容易乱序,同时出块的节点地理位置漂移很大,我们无条件信任出块节点的排序?我想一般场景可以这样,对时序非常敏感的场景就不能这样信任某一个节点的排序了。

为什么用PBFT

为了解决时序问题,那么我们就需要对每个交易产生的时间达成一个共识,这里我们使用PBFT1,其比DPOSPOW等共识算法的优势就是:

  • 在共识过程中,其能第一时间将交易传播到主要节点上,这是DPOSPOW等不具备的。这是非常重要的,如果自己都不能第一时间收到交易,那还怎么参与共识?只能条件信任他人了。
  • 它能够实时识别作弊者,并且可以实时纠错和惩罚。DPOSPOW等都是后知后觉的,而且惩罚滞后的,有些都放弃了惩罚,依赖博弈论使其放弃作弊,然后博弈论需要每个参与者都是精致的利己主义者,然后在EOS运行这么久后,博理论并不能100%发挥其上帝法则,因为愚昧的大多数,其每一个决策并不一定有正收益,反而被各种集体利用蛊惑。
  • PBFT其通讯复杂度是,并且需要一个确定是参与者范围,比较适合联盟链场景。

时序逻辑

首先,每个参与者各自维护一个本地单调时钟,该单调时钟基于物理时钟,但是不能回退。然后每个参与者维护一个Vector,记录着每个参与者的时间戳,初始值可以都为零。比如我们有4个参与者

PRE-PREPARE:当有客户端请求到达时,节点在将当前时间戳添加到中并且进行签名。然后将发送给各个参与者,收到的参与者,验证前面合法性、验证时间戳的单调性,并且将时间戳记录到本地。

PREPARE:如果都OK,各自将本地的时间戳都附加到上,并且签名,然后发送给各个参与者。

每个参与者收到其他人的消息后,根据交易信息进行合并,校验各个参与者的时间单调性、签名等,此时,每个参与者的本地都收集到一个关于交易的一个Vector Clock。这里我们忽略掉COMMIT阶段,因为我们需要收集每个参与者的时序,如果还需要其他行为,可以继续COMMIT阶段。

REPLY:我们可以选用或者方案,区别就是是否响应发起者。

与传统PBFT的区别

  • 这里不需要View这个概念,谁收到客户端请求,谁就是PROPOSER,当然也不引入View Change步骤。出块时是否还是使用PBFT视情况而定。
  • 这里通常情况下可以省略掉COMMITREPLY,大大减少需要交互的消息数,提高scalability
  • 这里可以不引入消息的序号,只要保证和验证每个参与者的时间单调性就好。即使每个参与者的时钟不同步、时钟运行快慢都不同,也不会有任何负面影响。因为我们从不比较不同参与者之间的时间。我们只比较他们对每个交易的签名时间戳,只要这个时间戳是单调的即可。

比较逻辑

根据上面的流程,我们对于每个交易都会有一个对应的Vector Clock

当任意两个交易,则表示发生在之前2

参考

Search

    Table of Contents