共識機制是區塊鏈網絡用來達成交易確認共識的協議，伊斯坦堡拜占庭容錯演算法是共識機制的一種，共識機制是通過特殊節點的投票，在很短的時間內完成對交易的驗證和確認；對一筆交易，如果利益不相干的若干個節點能夠達成共識，我們就可以認為全網對此也能夠達成共識。

我們先了解一下拜占庭容錯，其思想淵源來自拜占庭將軍問題，是一種解決分布式系統容錯問題的通用方案。PBFT算法的核心理論是n>=3f 1，n是系統中的總節點數，f是允許出現故障的節點數。換句話說，如果這個系統允許出現f個故障，那么這個系統必須包括n個節點，才能解決故障?；诎菡纪④妴栴}，PBFT 算法包括四個階段來達成共識：請求（request）、預準備（Pre-Prepare）、準備（Prepare） 和確認（Commit）。流程如下圖所示：

其中C為發送請求端，0123為服務端，3為宕機的服務端，具體步驟如下：

1. Request：請求端C發送請求到任意一節點，這里是0

2. Pre-Prepare：服務端0收到C的請求后進行廣播，擴散至123

3. Prepare：123,收到后記錄并再次廣播，1->023，2->013，3因為宕機無法廣播

4. Commit：0123節點在Prepare階段，若收到超過一定數量的相同請求，則進入Commit階段，廣播Commit請求

5.Reply：0123節點在Commit階段，若收到超過一定數量的相同請求，則對C進行反饋,根據上述流程，在 N ≥ 3F 1 的情況下一致性是可能解決，N為總計算機數，F為有問題的計算機總數。

伊斯坦堡拜占庭容錯演算法通過使用3相一致，從原來PBFT繼承PRE-PREPARE，PREPARE，和COMMIT。系統可以容忍驗證器節點網絡F中的大多數故障節點N，其中N = 3F 1。在每輪之前，驗證器將默認以循環方式選擇其中一個作為提議者。然后，提議者將提出新的塊提議并將其與PRE-PREPARE消息一起廣播。在收到PRE-PREPARE來自提議者的消息后，驗證者進入狀態，PRE-PREPARED然后廣播PREPARE消息。這一步是為了確保所有驗證器都在同一個序列和同一輪上工作。當接收2F 1的PREPARE消息，驗證程序進入的狀態PREPARED，然后廣播COMMIT信息。此步驟是通知其對等方它接受建議的塊并將塊插入鏈。最后，驗證等待2F 1的COMMIT消息進入COMMITTED狀態，然后插入塊鏈。

伊斯坦堡拜占庭容錯演算法(Istanbul BFT)中的塊是塊是最終的，這意味著沒有分叉，任何有效塊必須位于主鏈的某個位置。為了防止故障節點從主鏈生成完全不同的鏈，每個驗證器將2F 1接收的COMMIT簽名附加到extraData標頭中的字段，然后將其插入鏈中。因此，塊是可自我驗證的，并且也可以支持輕客戶端。但是，動態extraData會導致塊哈希計算出現問題。由于來自不同驗證器的相同塊可以具有不同的COMMIT簽名集，因此相同的塊也可以具有不同的塊散列。為了解決這個問題，我們通過排除來計算塊哈希COMMIT簽名部分。因此，我們仍然可以保持塊/塊哈希一致性，并將共識證明放在塊頭中。

狀態：

NEW ROUND：提議者發送新的阻止提案。驗證器等待PRE-PREPARE消息。

PRE-PREPARED：驗證程序已收到PRE-PREPARE消息和廣播PREPARE消息。然后，它等待2F 1的PREPARE或COMMIT消息。

PREPARED：驗證器接收到2F 1的PREPARE消息和廣播COMMIT消息。然后，它等待2F 1的COMMIT消息。

COMMITTED：驗證器接收到2F 1的COMMIT消息，并且能夠將提出塊插入blockchain。

FINAL COMMITTED：新塊已成功插入區塊鏈，驗證器已準備好進入下一輪。

ROUND CHANGE：驗證器正在等待同一個建議的輪數2F 1的ROUND CHANGE消息。

下圖是他們之間的狀態裝換

A提議發出者 1 2 3 代表驗證者

NEW ROUND- > PRE-PREPARED：

投保人從txpool收集交易。

Proposer生成塊提議并將其廣播給驗證者。然后它進入PRE-PREPARED狀態。

每個驗證器PRE-PREPARED在收到PRE-PREPARE具有以下條件的消息時進入：

§ 1.阻止提案來自有效的提議者。

§ 2.塊頭有效。

§ 3.阻止提案的序列和舍入匹配驗證器的狀態。

ValidatorPREPARE向其他驗證器廣播消息。

PRE-PREPARED- > PREPARED：

驗證器接收2F 1有效PREPARE消息以進入PREPARED狀態。有效消息符合以下條件：

§ 1.匹配序列和圓形。

§ 2.匹配塊哈希。

§ 3.消息來自已知的驗證器。

ValidatorCOMMIT在進入PREPARED狀態時廣播消息。

PREPARED- > COMMITTED：

驗證器接收2F 1有效COMMIT消息以進入COMMITTED狀態。有效消息符合以下條件：

§ 1.匹配序列和圓形。

§ 2.匹配塊哈希。

§ 3.消息來自已知的驗證器。

COMMITTED- > FINAL COMMITTED：

Validator將2F 1承諾簽名附加到extraData并嘗試將塊插入區塊鏈。

FINAL COMMITTED插入成功后，驗證器進入狀態。

FINAL COMMITTED- > NEW ROUND：

驗證器選擇一個新的提議器并啟動一個新的循環計時器

伊斯坦堡拜占庭容錯演算法(Istanbul BFT)它適合金融實務需求的伊斯坦堡拜占庭容錯演算法(Istanbul BFT)，將搶先應用于摩根大通(J.P. Morgan)“Quorum”金融區塊鏈平臺上。

 其實伊斯坦堡拜占庭容錯演算法還在燎原連上進行了應用。EUBT的核心算法為IBFT，通過伊斯坦堡拜占庭容錯演算法(Istanbul BFT)的應用，相對于拜占庭容錯演算法（PBFT），大幅提升現有的以太坊架構的信息交換效率，整合了更多符合區塊鏈實際應用的功能。相對于比特幣等公有區塊鏈上常用的工作量校驗（Proof-of-Work，簡稱PoW或俗稱「挖礦」演算法）共識演算法，PBFT對此做出很多重大改良，而IBFT更進一步改良，相對于POW不能接受可結束（Final）的區塊鏈區塊（Block），導致每一個區塊都有被分支（Fork）的微幾率，IBFT區塊能夠即時達到Final狀態，共識完成就可以將上傳區塊，不會衍生更多分支，因此可以大幅提升區塊生產力。而產生區塊的過程不需要競爭，有別于比拼區塊長度的POW，不浪費能源及運行資源。

總結

共識機制

伊斯坦堡拜占庭容錯演算法

燎原鏈的共識機制

參考文獻

維基百科共識機制的分類

燎原鏈白皮書和技術白皮書

燎原鏈官網：www.eubchain.com

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