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。
中图分类号：TP315.69
文献标志码：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223075
中文引用格式：杨孝天，马冉，李江，等. 基于组播通信的PBFT算法改进[J]. 电子技术应用，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.
文献标志码：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223075
中文引用格式：杨孝天，马冉，李江，等. 基于组播通信的PBFT算法改进[J]. 电子技术应用，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
区块链采用P2P（peer-to-peer）通信模式，P2P是一种分布式网络，节点之间可以直接进行信息交换。P2P为区块链提供高效、安全、通用的网络通信基础，支持区块链进行单播、组播和广播通信[1]。P2P具有如下功能：(1)标识区块链节点，每一个区块链节点都被唯一标识，区块链节点通过唯一的节点标识进行寻址; (2)管理网络连接，负责维护区块链节点之间的正常连接和异常连接; (3)消息发送，支持区块链消息进行单播、组播和广播; (4)同步状态，完成区块链节点间信息的同步。
PBFT算法起源于拜占庭将军问题，为解决拜占庭将军问题，Leslie Lamport提出了BFT（拜占庭容错算法）。基于BFT拜占庭容错算法，Miguel Castro(卡斯特罗)和Barbara Liskov(利斯科夫)于1999年提出了PBFT算法，将BFT算法复杂度从指数级降到多项式级，使得PBFT共识算法可应用于实际系统中[2]。PBFT作为一种共识机制被应用于区块链，相较主流共识机制POW[3]10 min出一块，PBFT算法可以做到秒级确认交易，节约算力资源，并且可以容错1/3的错误节点（故障节点、欺骗节点等）。但是PBFT仍存在网络复杂度高、延迟高、性能随节点的增多而下降等问题。
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作者信息：
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）
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