什么是PBFT（实用的拜占庭容错）？

PBFT（实用的拜占庭容错）是一种共识算法，即使在存在错误或恶意节点的情况下，也旨在达成分布式系统中的一致性。 PBFT由Miguel Castro和Barbara Liskov于1999年开发，在加密货币和区块链空间中特别相关，在该空间中，节点之间保持共识对于网络的完整性和安全性至关重要。

PBFT的基础知识

PBFT在假设网络中最多三分之一的节点可能是错误或恶意的假设下运行的，但是系统仍然可以达成共识。这被称为拜占庭将军问题，尽管一些节点可能提供虚假信息，但节点必须在一个状态下达成共识。在加密货币的背景下，这意味着即使某些节点受到损害，网络仍然可以正确且可牢固地运行。

该算法在三个主要阶段中起作用：预备，准备和提交。这些阶段确保所有非故障节点都同意交易顺序，这对于维持区块链的完整性至关重要。

PBFT的工作原理

在预备阶段，主要节点（以圆形旋转方式选择）向所有其他节点广播了备用消息，提出了新的交易块。然后，每个节点验证所提出的块的有效性，如果有效，则移至准备阶段。

在准备阶段期间，每个节点向所有其他节点发送准备消息，表明它已经接受了预备消息。如果一个节点从三分之二以上的节点收到准备消息，则将移至提交阶段。

在提交阶段，节点相互发送提交消息。一旦节点从三分之二以上的节点收到提交消息后，它就会考虑块最终确定并将其添加到区块链中。这样可以确保所有非故障节点在同一块上都达成协议，并保持了分类帐的完整性。

PBFT的优势

PBFT的关键优势之一是它可以快速达成共识的能力，使其适合需要低延迟的应用。与工作证明（POW）系统不同，可能需要几分钟才能达成共识，PBFT可以在几秒钟内完成交易。

另一个优点是其能源效率。 PBFT不需要与POW相关的计算能力和能源消耗，这使其成为共识更环保的选择。

PBFT的局限性

尽管有优势，但PBFT仍有一些局限性。一个重要的限制是其可伸缩性。随着网络中的节点数量的增加，通信开销也增加，从而使大规模网络的效率降低。

此外，PBFT假设一组静态节点，这在节点经常加入或离开网络的动态环境中可能是一个挑战。这使得它不适合无许可的区块链，任何人都可以加入网络。

加密货币网络中的PBFT

几个加密货币网络已采用或改编了PBFT来达成共识机制。例如， HyperLeDger Fabric是一种流行的企业使用区块链平台，使用PBFT的变体在其节点之间达成共识。

在加密货币的背景下，PBFT对于众所周知和信任的私人或联盟区块链特别有用。与依靠POW或Stake（POS）的公共区块链相比，这允许更快的交易处理和提高的安全性。

在加密货币网络中实现PBFT

要在加密货币网络中实现PBFT，需要遵循几个步骤：

• 选择一个主节点：主节点负责提出新块。可以使用循环蛋白方法或其他确定性算法选择它。
• 广播预播种消息：主要节点向所有其他节点广播了预播放消息，并提出了新的交易块。
• 验证并准备：每个节点都会验证提议的块，如果有效，则将准备消息发送给所有其他节点。
• 收集准备消息：如果一个节点从三分之二以上的节点收到准备消息，则将移至“提交阶段”。
• 发送提交消息：节点相互发送提交消息。一旦节点从三分之二以上的节点收到提交消息后，它就会考虑块最终确定并将其添加到区块链中。

PBFT与其他共识算法

当将PBFT与POW和POS等其他共识算法进行比较时，会出现几个关键差异。 Bitcoin使用的POW依靠计算能力来达成共识，这可能是能源密集型和缓慢的。以太坊2.0使用的POS依赖于参与者的利益，这可能更节能，但可能容易受到某些类型的攻击。

另一方面，PBFT在速度和安全性之间提供平衡，使其适用于需要快速交易处理和高安全性的应用程序。但是，其可伸缩性限制使其不太适合大型公共区块链。

PBFT的现实应用程序

PBFT已在加密货币和区块链空间内的各种现实世界应用中实现。例如， Zilliqa是一个专为高通量应用程序设计的区块链平台，使用了称为PBFT（实用的拜占庭式容错）的PBFT变体，以在其碎片之间达成共识。

另一个例子是Corda ，这是R3开发的分布式分类帐平台，该平台使用基于PBFT的共识机制来确保其交易的完整性。这些应用证明了在不同区块链环境中PBFT的多功能性和有效性。

常见问题

问：PBFT可以在公共区块链中使用吗？

答：虽然由于其可伸缩性限制，虽然PBFT更常用于私人或财团区块链中，但它可以适用于具有修改的公共区块链以解决可扩展性问题。但是，由于节点参与的动态性质，它在公共区块链中不太常见。

问：PBFT如何处理网络分区？

答：PBFT假设一个同步网络，其中消息在已知的时间限制内传递。在网络分区的情况下，如果该分区能够传达不到三分之二的节点，则PBFT可能难以实现共识。诸如视图更改之类的解决方案可以帮助减轻此问题，但仍然是一个挑战。

问：使用PBFT有什么安全含义？

答：只要不到三分之一的节点是故障或恶意，PBFT提供了强大的安全保证。但是，如果超过此阈值，则可能会损害系统。此外，PBFT的安全性依赖于节点和网络的完整性，这使得在节点级别实施强大的安全措施非常重要。

问：PBFT与其他拜占庭式容错算法相比如何？

答：PBFT是几种拜占庭式容错算法之一，每种算法都有其自己的优点和劣势。例如， Tendermint是另一种BFT算法，具有类似的安全保证，但具有不同的性能特征。 PBFT以其在中小型网络中的效率而闻名，而HoneyBadgerBft（HoneyBadgerBft）等其他算法则是为异步网络而设计的，并且可以处理更具动态的环境。