[发明专利]一种PBFT算法在区块链共识中的保活方法、区块链节点和存储介质

说明书

本发明提出一种PBFT算法在区块链共识中的保活方法，包括：当节点View‑Change超时达不成共识时，判断是否有比当前节点共识过的区块号更高的节点；如果有，则获取最高共识过区块的所有COMMIT投票，以切换到区块号最高的区块重新开启共识。本发明还提出一种基于PBFT算法的区块链节点，以及一种区块链存储介质。本发明能够增加PBFT共识算法在区块链应用中的活性，或者可用性。

技术领域

本发明涉及区块链共识技术，更具体地，涉及一种PBFT算法在区块链共识中的保活方法、区块链节点和存储介质。

背景技术

PBFT(实用拜占庭容错，Practical Byzantine Fault Tolerance)是联盟链中很经典的共识算法，该算法的本质是对请求列表进行排序共识，最终得到一个全局有序的请求列表，在恶意节点不高于总数1/3的情况下，该算法能够同时保证安全性(Safety)和活性(Liveness)。

PBFT共识算法中通过View-Change机制来实现活性(Liveness)，触发View-Change的核心因素只有一个：即节点认为在当前主节点的有限时间内，无法达成一致，则发起View-Change来切换主节点，当有2f+1个节点都发生View-Change要求切换到同一个视图时，View-Change达成，进入新一轮共识，新的主节点重新发起提案。如果新的主节点在有限时间内依然达不成共识，那么继续View-Change，直到能达成共识。

PBFT共识算法本身只是对客户端请求进行排序共识，但在应用在区块链时，需要进行一些变通，因为很多情况下只是达成交易集共识还不够，像以太坊，区块中除了需要有顺序一致的交易集合，还有一个状态集合，而状态集合的变化是在上一区块的基础上，执行所有交易集合中所有的交易来驱动的。区块hash是由交易树的树根hash，状态树的树根hash，以及其它一些变量序列化后再做hash得到的。所以除了共识交易集外，还要共识区块hash，才能最终达成一致的区块序列。

所以大多基于状态的区块链，在应用PBFT共识算法时，把PBFT的两轮共识做了以下变通：首先是当前轮的主节点提案交易集合，发起PRE-PREPARE，这一点与PBFT算法一致，然后副节点收到主节点收到的交易集合时，进行必要的检查，检查通过后，按PBFT共识算法，应该发起第一轮的PREPARE投票，但在区块链中可能会有两种不同的处理：一种是与PBFT算法一致，立即发起PREPARE投票，然后，在节点收集够2f+1个PREPARE投票后，执行所有交易，得到新的状态集合，并更新新的区块信息，然后在对区块hash进行投票，相当于PBFT的COMMIT投票阶段，这一轮投票结束，同一个区块hash依然能得到2f+1的投票，则认为区块共识通过。另一种，是收到主节点的PRE-PREPARE提案，先执行交易集合中的交易，执行完之后，得到新的状态集合并更新新区块的区块头信息，得到新的区块hash，然后各自发起PREPARE投票，这时投票的对象变成了新区块的hash，PREPARE投票收集到2f+1时，继续对区块hash进行COMMIT阶段投票，再次达成2f+1个投票，则区块共识通过。

无论是哪一种方案，COMMIT阶段都是针对应用了交易集合的新区块hash进行的投票。假如，总共4个节点(编号1，2，3，4)，f＝1，那么在第二轮投票时，其中两个节点(3，4)对新区块hash投票后，由于某些原因(比如节点crash)错过了另外两个节点的投票，过一段时间后节点又恢复运行了，那么就会形成2个节点(1，2)对新区块hash达成共识，2个节点(3，4)未达成共识的情况，后面就会基于不一致区块进行新一轮共识。

这样就会形成2v2的场景，PBFT的View-Change机制只能解决切换主节点的问题，却解决不了这种基于的区块号不一致的问题，最终会导致节点无法继续共识，失去活性。

发明内容

本发明要解决的是部分节点收集够PBFT共识中的COMMIT投票，部分节点未收集够COMMIT投票，后面不同节点基于不同的的前置状态去共识，最终无法通过View-Change达成一致的问题。