[发明专利]提高PBFT共识可扩展性的方法、装置、计算设备及存储介质

说明书

本发明公开一种提高PBFT共识可扩展性的方法、装置、计算设备及存储介质。方法包括引入共识协调器，选择一个主节点来执行基于PBFT的一致性算法，主节点与共识协调器通信；共识协调器从每个节点的交易池收集交易，根据收集交易的相等性对交易进行分类，并决定是否执行一致性算法。本发明目的在于当很多个节点加入系统后，系统仍然能够提供良好的服务。

技术领域

本发明涉及区块链共识技术领域，尤其涉及应用于区块链溯源等场景的联盟链中PBFT共识算法的可扩展性，即在网络节点扩展下的表现。具体为一种提高PBFT共识可扩展性的方法、装置、计算设备及存储介质。

背景技术

当前区块链技术已经应用于商业、金融等不同领域，在溯源等场景发挥重要作用。联盟链由一些机构发起，在实际应用中联盟链主要是PBFT算法。相比于传统的公链算法，PBFT算法共识各节点由业务的参与方或者监管方组成。该算法不需要挖矿和货币激励，安全性与稳定性由业务相关方保证。因此更适用于实际生产环境。

然而，由于可扩展性问题，技术的应用受到限制。尽管与可扩展性相关的因素多种多样，如网络带宽和加密算法，但一致性算法是显著影响问题的关键因素，可确保参与者在分布式环境中保持相同的数据。

在区块链的一致性算法中，基于拜占庭容错(BFT)的一致性算法得到了广泛的应用。PBFT(实用拜占庭容错)是一个流行且具有代表性的例子。在基于BFT的一致性算法中，随着参与者数量的增加，参与者之间的网络通信数量呈指数级增长。这是因为基于BFT的一致性算法要求所有参与者都参与到每个交易完成的过程中，而这个过程由不同的步骤组成。

基于BFT的一致性算法的核心三个阶段分别是pre-prepare阶段(预准备阶段)，prepare阶段(准备阶段)，commit阶段(提交阶段)。图1中的C代表客户端，N0～N3代表编号为0～3的节点，N0是主节点。打叉的N3代表可能是故障节点或者问题节点，这里表现的行为就是对其它节点的请求无响应。节点通信过程中有一次单点全广播和两次全点全广播，当节点的数量越来越多时，通信次数呈指数型增长、共识过程网络消耗较大，容易造成网络拥堵影响请求正确执行。

随着节点数的增加，其性能和可扩展性不可避免地降低。这是因为所有参与者都应该加入共识过程，一致性过程完成得越来越慢。

在应用中发现PBFT算法的缺点也很明显：

(1)算法在收到客户端请求之后,需要经过预准备、准备、确认三个阶段才能达成共识。每一个阶段均需要广播全网节点，这将带来巨大的传输消耗。随着节点的增多，这种消耗会迅速的增加。当n个节点达成状态共识时，算法通信复杂度达到O(n²)。有实验得出，在Hyperledger Fabric平台的测试，当节点数量超过16时，算法的性能会急剧下降。

(2)PBFT算法里面的主节点选择策略较为简单，当主节点是拜占庭节点时，会发生视图切换，增加视图切换协议的开销，并根据新视图选出新主节点。此操作将带来不小的时间开销，

(3)区块链系统中共识节点可以是不稳定的，随时会有节点加入进来，也会有节点退出系统。在节点变化之后,主节点的选择策略以及是否进行视图切换也是需要考虑的问题。PBFT算法没有完善的节点加入和退出机制。节点加入和退出时，整个网络需要重新启动，开销较大。如果系统中的节点更换频率较大，这将大大降低系统的可用性。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种提高PBFT共识可扩展性的方法、装置、计算设备及存储介质，用于在很多个节点加入系统后，使系统仍然能够提供良好的服务。

根据本发明说明书的一方面，提供一种提高PBFT共识可扩展性的方法，引入共识协调器，所述方法包括：

选择一个主节点来执行基于PBFT的一致性算法，所述主节点与共识协调器通信；