基于組播通信的PBFT算法改進
2023年電子技術應用第2期
楊孝天，馬冉，李江，高飛
西藏大學 信息科學技術學院， 西藏 拉薩 850000
摘要： PBFT算法存在通信復雜度高、性能受節點增加而下降等問題，引入組播通信應用于RPBFT（基于角色的拜占庭共識機制），提出了一種通信復雜度低、可以動態分配共識節點、不因節點數增加而性能下降的WRPBFT共識算法。WRPBFT將節點劃分為共識節點和候選節點兩類節點，動態地選取參與共識的共識節點進行組播通信。實驗與分析表明，WRPBFT共識算法可以動態地實現節點的劃分與選取，并且相較傳統PBFT算法，WRPBFT算法具備更高吞吐量、更低的時延和更低的通信復雜度。
中圖分類號：TP315.69
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223075
中文引用格式： 楊孝天，馬冉，李江，等. 基于組播通信的PBFT算法改進[J]. 電子技術應用，2023，49(2)：67-71.
英文引用格式： Yang Xiaotian，Ma Ran，Li Jiang，et al. Improvement of PBFT algorithm based on multicast communication[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(2)：67-71.
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223075
中文引用格式： 楊孝天，馬冉，李江，等. 基于組播通信的PBFT算法改進[J]. 電子技術應用，2023，49(2)：67-71.
英文引用格式： Yang Xiaotian，Ma Ran，Li Jiang，et al. Improvement of PBFT algorithm based on multicast communication[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(2)：67-71.
Improvement of PBFT algorithm based on multicast communication
Yang Xiaotian，Ma Ran，Li Jiang，Gao Fei
School of Information Science and Technology， Tibet University， Lhasa 850000，China
Abstract： PBFT algorithm has some problems such as high communication complexity and performance decrease with the increase of nodes.This paper introduces multicast communication applied to RPBFT(role-based Byzantine consensus mechanism),this paper proposes a WRPBFT consensus algorithm with low communication complexity, which can allocate consensus nodes dynamically and does not degrade with the increase of the number of nodes.WRPBF divides nodes into consensus nodes and candidate nodes, and dynamically selects consensus nodes participating in consensus for multicast communication.Experiments and analysis show that WRPBFT consensus algorithm can dynamically achieve node partitioning and selection, and WRPBFT algorithm has higher throughput, lower delay and lower communication complexity compared with traditional PBFT algorithm.
Key words : PBFT；multicast；P2P；blockchain
0 引 言
區塊鏈采用P2P（peer-to-peer）通信模式，P2P是一種分布式網絡，節點之間可以直接進行信息交換。P2P為區塊鏈提供高效、安全、通用的網絡通信基礎，支持區塊鏈進行單播、組播和廣播通信[1]。P2P具有如下功能：(1)標識區塊鏈節點，每一個區塊鏈節點都被唯一標識，區塊鏈節點通過唯一的節點標識進行尋址; (2)管理網絡連接，負責維護區塊鏈節點之間的正常連接和異常連接; (3)消息發送，支持區塊鏈消息進行單播、組播和廣播; (4)同步狀態，完成區塊鏈節點間信息的同步。
PBFT算法起源于拜占庭將軍問題，為解決拜占庭將軍問題，Leslie Lamport提出了BFT（拜占庭容錯算法）。基于BFT拜占庭容錯算法，Miguel Castro(卡斯特羅)和Barbara Liskov(利斯科夫)于1999年提出了PBFT算法，將BFT算法復雜度從指數級降到多項式級，使得PBFT共識算法可應用于實際系統中[2]。PBFT作為一種共識機制被應用于區塊鏈，相較主流共識機制POW[3] 10 min出一塊，PBFT算法可以做到秒級確認交易，節約算力資源，并且可以容錯1/3的錯誤節點（故障節點、欺騙節點等）。但是PBFT仍存在網絡復雜度高、延遲高、性能隨節點的增多而下降等問題。
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作者信息：
楊孝天，馬冉，李江，高飛
（西藏大學 信息科學技術學院， 西藏 拉薩 850000）
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