什麼是PBFT（實用的拜占庭容錯）？

PBFT於1999年開發，可確保在分佈式系統中達成共識，該系統具有多達三分之一故障的節點，非常適合在私人網絡中安全，快速的區塊鏈交易。

2025/04/08 01:57

PBFT（實用的拜占庭容錯）是一種共識算法，即使在存在錯誤或惡意節點的情況下，也旨在達成分佈式系統中的一致性。 PBFT由Miguel Castro和Barbara Liskov於1999年開發，在加密貨幣和區塊鏈空間中特別相關，在該空間中，節點之間保持共識對於網絡的完整性和安全性至關重要。

PBFT的基礎知識

PBFT在假設網絡中最多三分之一的節點可能是錯誤或惡意的假設下運行的，但是系統仍然可以達成共識。這被稱為拜占庭將軍問題，儘管一些節點可能提供虛假信息，但節點必須在一個狀態下達成共識。在加密貨幣的背景下，這意味著即使某些節點受到損害，網絡仍然可以正確且可牢固地運行。

該算法在三個主要階段中起作用：預備，準備和提交。這些階段確保所有非故障節點都同意交易順序，這對於維持區塊鏈的完整性至關重要。

PBFT的工作原理

在預備階段，主要節點（以圓形旋轉方式選擇）向所有其他節點廣播了備用消息，提出了新的交易塊。然後，每個節點驗證所提出的塊的有效性，如果有效，則移至準備階段。

在準備階段期間，每個節點向所有其他節點發送準備消息，表明它已經接受了預備消息。如果一個節點從三分之二以上的節點收到準備消息，則將移至提交階段。

在提交階段，節點相互發送提交消息。一旦節點從三分之二以上的節點收到提交消息後，它就會考慮塊最終確定並將其添加到區塊鏈中。這樣可以確保所有非故障節點在同一塊上都達成協議，並保持了分類帳的完整性。

PBFT的優勢

PBFT的關鍵優勢之一是它可以快速達成共識的能力，使其適合需要低延遲的應用。與工作證明（POW）系統不同，可能需要幾分鐘才能達成共識，PBFT可以在幾秒鐘內完成交易。

另一個優點是其能源效率。 PBFT不需要與POW相關的計算能力和能源消耗，這使其成為共識更環保的選擇。

PBFT的局限性

儘管有優勢，但PBFT仍有一些局限性。一個重要的限制是其可伸縮性。隨著網絡中的節點數量的增加，通信開銷也增加，從而使大規模網絡的效率降低。

此外，PBFT假設一組靜態節點，這在節點經常加入或離開網絡的動態環境中可能是一個挑戰。這使得它不適合無許可的區塊鏈，任何人都可以加入網絡。

加密貨幣網絡中的PBFT

幾個加密貨幣網絡已採用或改編了PBFT來達成共識機制。例如， HyperLeDger Fabric是一種流行的企業使用區塊鏈平台，使用PBFT的變體在其節點之間達成共識。

在加密貨幣的背景下，PBFT對於眾所周知和信任的私人或聯盟區塊鏈特別有用。與依靠POW或Stake（POS）的公共區塊鏈相比，這允許更快的交易處理和提高的安全性。

在加密貨幣網絡中實現PBFT

要在加密貨幣網絡中實現PBFT，需要遵循幾個步驟：

• 選擇一個主節點：主節點負責提出新塊。可以使用循環蛋白方法或其他確定性算法選擇它。
• 廣播預播種消息：主要節點向所有其他節點廣播了預播放消息，並提出了新的交易塊。
• 驗證並準備：每個節點都會驗證提議的塊，如果有效，則將準備消息發送給所有其他節點。
• 收集準備消息：如果一個節點從三分之二以上的節點收到準備消息，則將移至“提交階段”。
• 發送提交消息：節點相互發送提交消息。一旦節點從三分之二以上的節點收到提交消息後，它就會考慮塊最終確定並將其添加到區塊鏈中。

PBFT與其他共識算法

當將PBFT與POW和POS等其他共識算法進行比較時，會出現幾個關鍵差異。 Bitcoin使用的POW依靠計算能力來達成共識，這可能是能源密集型和緩慢的。以太坊2.0使用的POS依賴於參與者的利益，這可能更節能，但可能容易受到某些類型的攻擊。

另一方面，PBFT在速度和安全性之間提供平衡，使其適用於需要快速交易處理和高安全性的應用程序。但是，其可伸縮性限制使其不太適合大型公共區塊鏈。

PBFT的現實應用程序

PBFT已在加密貨幣和區塊鏈空間內的各種現實世界應用中實現。例如， Zilliqa是一個專為高通量應用程序設計的區塊鏈平台，使用了稱為PBFT（實用的拜占庭式容錯）的PBFT變體，以在其碎片之間達成共識。

另一個例子是Corda ，這是R3開發的分佈式分類帳平台，該平台使用基於PBFT的共識機制來確保其交易的完整性。這些應用證明了在不同區塊鏈環境中PBFT的多功能性和有效性。

常見問題

問：PBFT可以在公共區塊鏈中使用嗎？

答：雖然由於其可伸縮性限制，雖然PBFT更常用於私人或財團區塊鏈中，但它可以適用於具有修改的公共區塊鏈以解決可擴展性問題。但是，由於節點參與的動態性質，它在公共區塊鏈中不太常見。

問：PBFT如何處理網絡分區？

答：PBFT假設一個同步網絡，其中消息在已知的時間限制內傳遞。就網絡分區而言，如果該分區能夠傳達不到三分之二的節點，則PBFT可能難以實現共識。諸如視圖更改之類的解決方案可以幫助減輕此問題，但仍然是一個挑戰。

問：使用PBFT有什麼安全含義？

答：只要不到三分之一的節點是故障或惡意，PBFT提供了強大的安全保證。但是，如果超過此閾值，則可能會損害系統。此外，PBFT的安全性依賴於節點和網絡的完整性，這使得在節點級別實施強大的安全措施非常重要。

問：PBFT與其他拜占庭式容錯算法相比如何？

答：PBFT是幾種拜占庭式容錯算法之一，每種算法都有其自己的優點和劣勢。例如， Tendermint是另一種BFT算法，具有類似的安全保證，但具有不同的性能特徵。 PBFT以其在中小型網絡中的效率而聞名，而HoneyBadgerBft（HoneyBadgerBft）等其他算法則是為異步網絡而設計的，並且可以處理更具動態的環境。