怎么进行PBFT共识算法分析及Java实现
怎么进行PBFT共识算法分析及Java实现，针对这个问题，这篇文章详细介绍了相对应的分析和解答，希望可以帮助更多想解决这个问题的小伙伴找到更简单易行的方法。
PBFT共识算法详细分析及Java实现
为什么写这个
最近研究了区块链相关的一些东西，其实就三大块：
分布式存储（去中心）
共识机制
安全加密 分布式存储，就是一个分布式数据库，每个节点都保存一份副本。通过非对称秘钥，hash等技术对操作数据进行签名，验证摘要，可追溯，以链式结构存储，互相以hash摘要校验数据，防篡改。以拜占庭容错共识算法解决节点间的通信，达成一致协议。
区块链协议简介
分布式共识算法是分布式系统的核心，常见的有Paxos、pbft、bft、raft、pow等。区块链中常见的是POW、POS、DPOS、pbft等。 其中：
POW、POS、DPOS是开放式的共识协议
PBFT为半开放式的共识协议
Paxos、raft等是封闭式共识协议
区别：
开放式，无法确切的知道节点的多少及连接状态，每个节点都可能是恶意的，但是大多数是非恶意的
半开放式，可以确定节点的多少及连接状态，每个节点都可能是恶意的，但是有满足一定条件的非恶意节点
封闭式，每个节点都是非恶意的，只不过可能断开连接或crash。
性能： 从上往下越来越高
总结：
私有链是封闭生态的存储系统，采用Paxos、raft最佳
联盟链有半公开半开放特性，因此拜占庭容错的PBFT算法比较合适
公有链来说，POW、POS、DPOS是比较适合的高安全性的协议
那么，下面我们要说的就是联盟链性质的共识协议：PBFT算法协议。 协议诞生已经很久了，网上的文章也不少，然而基本都是翻译原论文，稍加一些个人的阅读心得，细致的分析还是比较少，一些关键的衔接点没有说清楚，粗看好像都懂，但是真正要实现起来，还是有比较多坑。于是本人采用demo的方式，以多线程模拟多节点，实现完整的PBFT算法，其中有一些问题，记录下来，供各位参考，讨论。
PBFT算法简介
PBFT协议简单步骤：
主要有三个阶段：预准备（pre-prepare）、准备（prepare）、和确认（commit）
从全网节点选举出一个主节点（Leader），新区块由主节点负责生成。
其中一个节点的客户端向主节点发起请求。
Pre-Prepare：主节点分配一个序列号n给收到的请求（顺序的保证！），并向全网广播
<。Prepare：每个节点接收到交易请求后，模拟执行这些交易，验证交易报文的正确性。验证通过后，存入预备列表，并向全网广播
Commit：如果一个节点收到的2f（f为可容忍的拜占庭节点数）个其它节点发来的PREPARE消息摘要都和自己相等，就向全网广播一条commit消息
Reply：如果一个节点收到2f+1条commit消息，即可提交新区块及其交易到本地的区块链和状态数据库（操作确认完成）。
问题分析
整个协议理解起来还算比较简单，但是这里面有好些问题，需要一一的剖析。
主节点怎么产生？
主节点失效了怎么办？
主节点造假怎么办？
数据怎么重传？
主节点的产生
因为节点的操作都需要通过主节点，所以每个节点启动后的第一件事，找主节点。 主节点由公式p = v mod |R|计算得到，这里v是视图编号，p是副本编号，|R|是副本集合的个数。 所以其实找主节点就是初始化视图view。
全网广播获取视图协议：
public static final int VIEW = -1;
超过2f+1的节点回复的view作为初始化的view(q1:如果无法满足怎么办？)
if(this.viewOk)return;long count = vnumAggreCount.incrementAndGet(msg.getVnum());if(count >= 2*maxf+1){ vnumAggreCount.clear(); this.view = msg.getVnum(); viewOk = true; System.out.println("视图初始化完成["+index+"]："+ view);}主节点失效了（这里失效指应用挂掉、或被他人控制作恶）
谁先发现主节点失效了，当然，这里是不能通过连接断开来看，因为即使tcp连接正常，也不一定业务处理正常。答案是，超时控制。 当发起请求的节点在超时时间内没有完成操作确认，则可以怀疑主节点失效，于是：
客户端全网广播超时的请求报文，为什么不用一个专门的包来发起失效提议？主要是防止发起请求的节点作恶，比如循环发起提议。导致不断产生提议检验，导致网络拥堵
副本节点检查，如果处理过（说明可能是网络问题），重新将处理结果返回即可，如果未处理，则可能主节点宕机，将请求重新转发给主节点，且增加超时校验。这时，如果主节点是正常的，那么就会走正常流程，最终会确认操作请求。如果主节点真的有问题，则设置的超时将触发
超时后全网广播主节点切换提议
if(!this.viewOk) return; // 已经开始选举视图，不用重复发起this.viewOk = false;// 作为副本节点，广播视图变更投票PbftMsg cv = new PbftMsg(CV, this.index);cv.setVnum(this.view+1);PbftMain.publish(cv);
当每个节点都收到2f+1个对同一个view的提议后，则切换成新的view。且检查是否有请求待发送，一切恢复正常逻辑：
long count = vnumAggreCount.incrementAndGet(msg.getVnum());if(count >= 2*maxf+1){ vnumAggreCount.clear(); this.view = msg.getVnum(); viewOk = true; System.out.println("视图变更完成["+index+"]："+ view); // 可以继续发请求 if(curMsg != null){ curMsg.setVnum(this.view); System.out.println("请求重传["+index+"]："+ curMsg); doSendCurMsg(); }}提议时，如果有恶意节点重复多次发起，需要检测每个节点只能投票一次。
String vkey = msg.getNode()+"@"+msg.getVnum();if(votes_vnum.contains(vkey)){ return;}votes_vnum.add(vkey);清理状态
当commit通过后，即确认了操作，则可以对该消息相关的状态进行清理：
// 清理请求相关状态 private void remove(String it) { votes_pre.remove(it); votes_pare.removeIf((vp)->{ return StringUtils.startsWith(vp, it); }); votes_comm.removeIf((vp)->{ return StringUtils.startsWith(vp, it); }); aggre_pare.remove(it); aggre_comm.remove(it); timeOuts.remove(it); }其他关键点
PbftMsg消息的DataKey必须是唯一的，可以通过uuid或者其他方式定义
private int type; // 消息类型 private int node; // 节点 private int onode; // 发起请求的节点 private int vnum; // 视图编号 private int no; // 序列号 private long time; // 时间戳 private String data; // 数据,表示数据的hash,必须唯一
关于怎么进行PBFT共识算法分析及Java实现问题的解答就分享到这里了，希望以上内容可以对大家有一定的帮助，如果你还有很多疑惑没有解开，可以关注行业资讯频道了解更多相关知识。
