簡介
加密數(shù)字貨幣的成功使得 BFT 共識協(xié)議不斷的被應用在那些重要的領(lǐng)域尤其是金融行業(yè)。傳統(tǒng)的 PBFT 是一種弱同步性質(zhì)的共識協(xié)議，因為它的可靠性對網(wǎng)絡(luò)中的時間處理延時依賴非常大。也就是說，網(wǎng)絡(luò)的活性 Liveness 很大程度上會受到網(wǎng)絡(luò)條件的影響。
HoneyBadgerBFT 作為一種異步的 BFT 共識協(xié)議，號稱不依賴網(wǎng)絡(luò)中的對時間條件的依賴。對比與傳統(tǒng)的 PBFT 共識協(xié)議，它的效率都有顯著提高。
應用場景
可以滿足下面兩個應用場景
1）由多個金融機構(gòu)組成的金融財團共同基于 Byzantine agreement protocol 協(xié)作運行的聯(lián)盟鏈，這樣，就能保證快速、穩(wěn)定的處理交易。
2）在無許可（permissionless）的公鏈中依然可以提供可以接受的（acceptable）的吞吐量和延遲。
網(wǎng)絡(luò)模型
HoneyBadgerBFT 系統(tǒng)假定每兩個節(jié)點之間都有可靠的通信管道連接，消息的最終投遞狀態(tài)完全取決于敵方（adversary），但是誠實節(jié)點之間的消息最終一定會被投遞。在整個網(wǎng)絡(luò)中的總節(jié)點數(shù)必須大于三分之一的敵方節(jié)點，也就是 N ≥ 3F+1。
網(wǎng)絡(luò)中的交易還依賴于一個全局順序。
一個成功的網(wǎng)絡(luò)，最后狀態(tài)應該是這樣的：
- 任何誠實的節(jié)點確認了一筆交易 TX，那么其他所有的誠實節(jié)點也會確認這筆交易
- 任何誠實的節(jié)點確認了一筆交易 TX，其序號是 s1，而另一個誠實節(jié)點確認了另一筆交易 TX，其序號是 s2，那么要么 s1 發(fā)生在 s2 之前，要么之后。也就是說，其時間順序是確定的。
- 如果一筆交易被發(fā)送到 N - F 個誠實節(jié)點了，那么最終每個誠實節(jié)點都會確認這筆交易。這就是可審查特性。
實現(xiàn)
HoneyBadgerBFT 使用了兩個方法來提升共識效率。
1、通過分割交易來緩解單節(jié)點帶寬瓶頸
2、通過在批量交易中選擇隨機交易塊，并配合門限加密來提升交易吞吐量。
下面就分別來詳細解釋這兩種方法的原理
1）交易分割傳輸
在網(wǎng)絡(luò)中，批量的交易（總數(shù)為 n）需要打包傳輸給其他節(jié)點，作為共識發(fā)起方，一個節(jié)點需要把打包的交易發(fā)送 N - 1 份給其它節(jié)點。 如下：
改進的方案是，把總數(shù)為 n 的交易分割成 N - 1 分，也就是說，每份包含 n / N - 1 條交易。 如圖，把交易分成三個小塊，每塊發(fā)給不同的節(jié)點。這樣原來一共需要發(fā) 3 * n 份交易數(shù)據(jù)就變成了只需要發(fā)送 n 分即可。
其他節(jié)點收到了分塊的交易之后，分別再從其他節(jié)點收取缺失的交易塊，這樣，節(jié)點 A、B、C 之間的帶寬就被充分利用了，而減少了 P 作為發(fā)起節(jié)點的瓶頸，整個系統(tǒng)的性能不會完全受限于 P 節(jié)點。
2）隨機塊的選擇以及門限加密
由于 HoneyBadge BFT 是一種異步共識協(xié)議，節(jié)點之間收到交易是非同步的，隨機的。也就是說，每個節(jié)點收到來自客戶端的交易可以是不同的，交易到達各個節(jié)點的時間順序也是不定的。
各節(jié)點收到交易信息之后，會把該交易放入它自身的 Input Buffer 中，后續(xù)收到的交易也依次按順序放入其 Input Buffer。HoneyBadger 網(wǎng)絡(luò)中是依靠 epochs 來作為時間間隔進行交易打包處理的，在一個 epoch 中，每個節(jié)點會從自身的 Input Buffer 中選一批交易，并廣播給其它所有節(jié)點。最終，每個節(jié)點都會有形成一個有相同交易集的交易池，它們是這些節(jié)點廣播出來的所有交易的并集，也就是 BatchA U BatchB U BatchC U ...。
顯然，這個交易池中可能存在重復的、無效的交易，需要剔除。
最終確認哪些交易還需要一個叫做 Binary Byzantine Agreement 的過程，簡單來說就是，在所有節(jié)點之間進行一輪共識，得到一個最終確認的二進制數(shù)值，由這個二進制的對應的位來決定哪個交易會被最終確認。
在進行 Binary Byzanting Agreement 完成之后，會得到一個確定的 Value，根據(jù)這個 Value 來確定交易集合。在剔除無效交易和重復交易之后，每個節(jié)點就可以立刻確認剩余的交易集（Asynchronous Common Subset ）。
需要注意的是，各節(jié)點廣播時的交易都是按照順序從自己的 Input Buffer 中取出的，為了防止這種策略被 adversary 節(jié)點監(jiān)控到，從而對誠實節(jié)點進行網(wǎng)絡(luò)干擾阻礙交易的發(fā)布和共識，Honey Badger 采用了一種 Random Selective 的優(yōu)化方式隨機選取一批交易。
就是，每個節(jié)點從自己的 Input Buffer 中隨機選區(qū)一批交易，這樣的好處有兩個，一是可以防止 adversary 了解策略進行干擾或者攻擊，二是隨機選取一批交易可以很大程度上避免各節(jié)點提交的交易出現(xiàn)大量重復。原因是各節(jié)點雖然收到的交易順序不一定一致，但在網(wǎng)絡(luò)條件差不多的情況下，大部分交易順序可能是相同的，隨機選取而不是都按順序選取可以避免大量的重復。
門限加密 Threshold Encrytion
因為 Adversary 的存在可能干擾 Binary Byzantine Agreement 的結(jié)果。因此，Honey Badger 提出了門限加密的方式來避免最終的交易集受到攻擊。
門限加密的原理是允許任何節(jié)點使用一把主公鑰來加密一條信息，但是解密則需要網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點來共同合作，只有當 f + 1 個誠實節(jié)點共同合作才能獲得解密秘鑰，從而得到消息原文。在這之前，任何攻擊者都無法解密獲得消息的原文。
具體過程如下：
由一個第三方的可信節(jié)點為每個節(jié)點生成公/私鑰，使用一把主公鑰（master public key）加密原交易信息得到一份 ciphertext，然后每個節(jié)點分別使用其私鑰 SKi 和這份 ciphertext 得到完整解碼秘鑰的一個部分σi。
當節(jié)點拿到 f + 1 份 σi 時，配合 PK 就可以解密 ciphertext。
性能測試
以下性能測試結(jié)果來源于其官方論文截圖（本人暫未測試）
