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基于組播通信的PBFT算法改進(jìn)

2023年電子技術(shù)應(yīng)用第2期

楊孝天，馬冉，李江，高飛

西藏大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，西藏拉薩 850000

摘要： PBFT算法存在通信復(fù)雜度高、性能受節(jié)點(diǎn)增加而下降等問題，引入組播通信應(yīng)用于RPBFT（基于角色的拜占庭共識(shí)機(jī)制），提出了一種通信復(fù)雜度低、可以動(dòng)態(tài)分配共識(shí)節(jié)點(diǎn)、不因節(jié)點(diǎn)數(shù)增加而性能下降的WRPBFT共識(shí)算法。WRPBFT將節(jié)點(diǎn)劃分為共識(shí)節(jié)點(diǎn)和候選節(jié)點(diǎn)兩類節(jié)點(diǎn)，動(dòng)態(tài)地選取參與共識(shí)的共識(shí)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組播通信。實(shí)驗(yàn)與分析表明，WRPBFT共識(shí)算法可以動(dòng)態(tài)地實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的劃分與選取，并且相較傳統(tǒng)PBFT算法，WRPBFT算法具備更高吞吐量、更低的時(shí)延和更低的通信復(fù)雜度。

關(guān)鍵詞： PBFT 組播 P2P 區(qū)塊鏈

中圖分類號(hào)：TP315.69
文獻(xiàn)標(biāo)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(jìn)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)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(qū)塊鏈采用P2P（peer-to-peer）通信模式，P2P是一種分布式網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)之間可以直接進(jìn)行信息交換。P2P為區(qū)塊鏈提供高效、安全、通用的網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)，支持區(qū)塊鏈進(jìn)行單播、組播和廣播通信^[1]。P2P具有如下功能：(1)標(biāo)識(shí)區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)都被唯一標(biāo)識(shí)，區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)通過唯一的節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)進(jìn)行尋址; (2)管理網(wǎng)絡(luò)連接，負(fù)責(zé)維護(hù)區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)之間的正常連接和異常連接; (3)消息發(fā)送，支持區(qū)塊鏈消息進(jìn)行單播、組播和廣播; (4)同步狀態(tài)，完成區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)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(cuò)算法）。基于BFT拜占庭容錯(cuò)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(fù)雜度從指數(shù)級(jí)降到多項(xiàng)式級(jí)，使得PBFT共識(shí)算法可應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)中^[2]。PBFT作為一種共識(shí)機(jī)制被應(yīng)用于區(qū)塊鏈，相較主流共識(shí)機(jī)制POW^[3] 10 min出一塊，PBFT算法可以做到秒級(jí)確認(rèn)交易，節(jié)約算力資源，并且可以容錯(cuò)1/3的錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)（故障節(jié)點(diǎn)、欺騙節(jié)點(diǎn)等）。但是PBFT仍存在網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度高、延遲高、性能隨節(jié)點(diǎn)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(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，西藏拉薩 850000）

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