比原链BBFT如何让共识更快——兼论BBFT与FBFT/HotStuff的比较

因此，我们可以使用门坎签章(Threshold Signature)来保证协调者的正当行为，门坎签章的可以保证：需集合超过门坎数量(t-of-n)的签章才有效。也就是说，我们可以指定：唯有当协调者集合 2f+1 个门坎签章后，协调者才能带着合法的签名继续推进共识。Harmony FBFT便是一个使用聚合签名以提升效率的BFT家族协议。

· 管线设计

每个内容都必须经过二轮投票/三个阶段才能达成共识，如果有m个内容就需要执行2m次投票。管线设计(Pipelining)可以减少投票的次数，它的基本思路如下：让每个节点在投第 i 轮的prepare阶段时，同时也是对其前一个内容 i-1 的commit阶段投票。这样做便可以节省对同一个内容重复投票的冗余，大幅提升效率。这样的思路首见于2018年发表的HotStuff协议。

· 只让部分节点参与共识：最小生成树

另外一种提高效率的方法，就是避免使所有的节点参与共识，这也正是比原链BBFT采取的作法。在BBFT中，节点分为三种：Consensus Node/Gateway Node/Leader Node，这些节点形成树的结构，树为网络中节点的最小生成树(Minimal Spanning Tree)，可能由分布式算法得出，或是由外部服务提供。树叶的节点即为Consensus Node；树根为Leader Node；其他部分为Gateway Node。每种节点都有分别的任务：Consensus Node负责进行投票；Gateway Node则不需参与投票，但必须负责聚合由Consensus Node送来的签章；Leader Node负责与其他Leader Node交换讯息。BBFT的运作流程如下图所示，BBFT的共识过程，便是讯息由树根向树叶传播再回到树根的过程。

如何确保正确性(Safety and Liveness)

在为PBFT带入新技术以提升效率的同时，也必须确保协议本身的安全性与活跃性。接下来我们来看看，上述的协议是如何确保这两者。

· 视域变换(View-change)

FBFT沿用了PBFT的视域变换，即在正常情况下并不更换领导节点，仅有当超过2f+1个节点发起视域变换才会更迭领导节点。视域变换虽然本身是一个能够替换作恶领导节点的机制，但它同时要求协议必须具有3个阶段，才能保证协议的安全性(即不分岔)。

· 领导节点轮替(Rotating Leader)

HotStuff另一方面则引入了领导节点轮替的机制，在每个回合都更换领导节点，如此来回避视域变换高额的通讯成本。领导节点轮替也常见于许多BFT家族的协议，算是目前保障安全性机制的主流。

· 混合式(Hybrid)

比原链BBFT则取各家所长，同时应用了视域变换与领导节点轮替，等于是上了双重保险。

不过值得注意的是，目前的BBFT技术白皮书仅有一轮投票的模型，并未提出两轮投票/三阶段共识的模型。另外，领导节点轮替的顺序也将基于各节点的权益(Stake)，若节点出现违反协议的行为则该节点会遭受惩罚。

BBFT的挑战

综合以上的分析与比较，BBFT目前有几个显著的挑战。首先，是最小生成树的产生方式，如何同时兼顾去中心化与效率？其次是BBFT仅采取单轮投票作为共识，在引入视域变换的情况之下，可能会发生分岔，这样的网络也会遭受日蚀攻击的威胁。最后，引入门坎签章的前提下，势必需要引入分布式私钥生产协议(Distributed Key Generation)以共同生成私钥，这部分于技术白皮书中尚未提及，却是可能造成瓶颈的潜在因子。

结语

本篇文章简介了PBFT的特性及其效能问题，并比较了FBFT/HotStuff/BBFT等协议针对效能问题的解决思路，最后归纳出比原链BBFT的未来挑战，希望能帮助读者更理解BBFT的精髓。

作者：Juin Chiu，Unitychain 研究员 & Taipei Ethereum Meetup共同组织者，目前的研究领域为共识协议/分片技术/自主身份等。

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编译者/作者：不详

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