基于组播通信的PBFT算法改进
2023年电子技术应用第2期
杨孝天，马冉，李江，高飞
西藏大学 信息科学技术学院， 西藏 拉萨 850000
摘要： PBFT算法存在通信复杂度高、性能受节点增加而下降等问题，引入组播通信应用于RPBFT（基于角色的拜占庭共识机制），提出了一种通信复杂度低、可以动态分配共识节点、不因节点数增加而性能下降的WRPBFT共识算法。WRPBFT将节点划分为共识节点和候选节点两类节点，动态地选取参与共识的共识节点进行组播通信。实验与分析表明，WRPBFT共识算法可以动态地实现节点的划分与选取，并且相较传统PBFT算法，WRPBFT算法具备更高吞吐量、更低的时延和更低的通信复杂度。
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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