一种基于行业的快速实用BFT共识机制，通信复杂度低于线性级别

《IEEE Transactions on Networking》：A Fast and Practical Sector-Based BFT Consensus With Sublinear Communication Complexity

针对BFT共识协议的通信效率、阶段限制及超时敏感问题，提出Crackle协议。采用分阶段流水线模式降低通信复杂度至N/3，将传统两轮协议扩展为2κ阶段，设计动态调整超时机制Δ，并通过voteMap聚合验证Quorum Certificate（QC），实现流水线解耦。实验表明吞吐量提升10.36倍，验证了协议的有效性。

　　

摘要：

拜占庭容错（BFT）共识协议是区块链的核心组成部分。在提升BFT协议性能的过程中，现有研究面临以下三个问题：1) 在基于星形的线性通信模式下，领导者性能瓶颈与基于树形的次线性通信模式下韧性降低之间的二难选择；2) 需要两轮或三轮协议的机制限制了每个提案的阶段数量，从而减少了并发提案的数量并导致较高的延迟；3> 固定的超时设置使协议对网络延迟的变化非常敏感。因此，本文提出了Crackle——首个基于扇区的流水线式BFT协议，其通信复杂度为次线性级别，能够将共识协议的吞吐量提高至N-1/3。我们采用基于扇区的通信方式，在每个阶段将消息从领导者传递给部分副本，以加速共识达成过程，并将传统的两轮协议拆分为2κ个阶段，从而扩大了基本的流水线规模。我们改进了计时策略，使超时时间Δ能够根据提案提交情况进行调整，以适应变化的网络环境。接下来，我们解决了两个技术挑战：1) 为确保法定人数证书（QC）的有效性，我们在每个区块中设计了一个votemaps字段，并通过连续κ个阶段内voemaps的签名聚合来验证QC；2) 为实现较短阶段之间的解耦，我们提出了一种投票追加机制，放宽了领导者发送新提案的条件。我们提供了Crackle正确性的全面理论证明，包括安全性及liv性。此外，我们基于一个公共的BFT框架实现了Crackle，并在64台云服务器上进行了部署。实际实验结果表明，我们的Crackle协议吞吐量提升了高达10.36倍...

显示更多