BFTree是如何在存在錯(cuò)誤驗(yàn)證器的情況下實(shí)現(xiàn)共識(shí)的

在Celo，我們正在努力建立一個(gè)新的金融體系，為每個(gè)人的繁榮創(chuàng)造條件。今天，我想與大家分享一篇關(guān)于Jason Ansel使Celo和其他無許可的權(quán)益證明（PoS）協(xié)議更具包容性工作的初稿，該協(xié)議允許擴(kuò)展到數(shù)百萬個(gè)驗(yàn)證器。

擴(kuò)大共識(shí)

當(dāng)我第一次聽說比特幣的時(shí)候，它的一個(gè)偉大的想法是，任何人都可以通過在自己家里的電腦上運(yùn)行一個(gè)礦工來參與比特幣的開發(fā)。這種無許可結(jié)構(gòu)是加密貨幣運(yùn)動(dòng)的基本組成部分。隨著我們向更具環(huán)境可持續(xù)性的權(quán)益關(guān)系證明系統(tǒng)過渡，越來越多的加密貨幣使用權(quán)益證明共識(shí)協(xié)議，如Cosmos、Tezos、Algorand和Polkadot，這些協(xié)議基于或正在轉(zhuǎn)向使用拜占庭容錯(cuò)（BFT）共識(shí)協(xié)議。雖然這些算法提供了強(qiáng)大的終結(jié)性保證，但其要么所有可靠的節(jié)點(diǎn)都采用塊，要么一個(gè)也不采用（從而消除了在比特幣中發(fā)現(xiàn)分叉和回滾的可能性），現(xiàn) 有的BFT算法的伸縮性并不好。大多數(shù)積極使用的實(shí)現(xiàn)可以擴(kuò)展到100個(gè)參與者，一些即將推出的系統(tǒng)希望通過犧牲一些功能（例如增加塊時(shí)間）擴(kuò)展到1000個(gè)參與者。

這導(dǎo)致許多現(xiàn)代加密貨幣采用了一個(gè)兩類系統(tǒng)，其中有一組較小的杰出節(jié)點(diǎn)充當(dāng)驗(yàn)證器并參與BFT算法，而公共節(jié)點(diǎn)只是一個(gè)觀察者，不參與。雖然有些人可能更愿意成為委派者，但我們認(rèn)為，如果允許任何人加入?yún)f(xié)商共識(shí)協(xié)議，那么無許可協(xié)議更具彈性和包容性。

引入BFTree

我們新論文的第一稿提出了一種對(duì)BFT算法的新修改，稱為BFTree，其目的是讓BFT共識(shí)性擴(kuò)展到數(shù)百萬個(gè)驗(yàn)證器。通過消除對(duì)兩類節(jié)點(diǎn)的需要和對(duì)少數(shù)驗(yàn)證器的委托，這種更改可以實(shí)現(xiàn)更加分散的權(quán)益關(guān)系驗(yàn)證協(xié)議。我們將擴(kuò)展到數(shù)百萬個(gè)驗(yàn)證器的目標(biāo)看作是一個(gè)強(qiáng)制函數(shù)，以創(chuàng)建更可伸縮的共識(shí)算法中BFT不再是瓶頸使加密貨幣更加去中心化。在實(shí)踐中，其他瓶頸，例如塊大小，可能會(huì)使大型加密貨幣的理想驗(yàn)證器數(shù)量為數(shù)萬或數(shù)十萬個(gè)節(jié)點(diǎn)。

BFTree將驗(yàn)證器安排到一個(gè)虛擬樹中，以便在非拜占庭節(jié)點(diǎn)之間并行化簽名聚合，以實(shí)現(xiàn)一致。當(dāng)拜占庭節(jié)點(diǎn)干擾聚合時(shí)，能夠使達(dá)成協(xié)議的所有子樹根來執(zhí)行BFT，通常比所有驗(yàn)證器都參與的消息少。通過仔細(xì)地重新組織樹，使歷史上可靠的節(jié)點(diǎn)與其他可靠的節(jié)點(diǎn)配對(duì)，BFTree限制了拜占庭節(jié)點(diǎn)的影響。

關(guān)于BFTree如何在存在錯(cuò)誤驗(yàn)證器的情況下實(shí)現(xiàn)共識(shí)的逐步示例。

這種組織策略允許誠(chéng)實(shí)可靠的驗(yàn)證器仲裁以分布式方式快速聚合所需的簽名數(shù)量，從而允許算法擴(kuò)展到大量驗(yàn)證器。