2019年1月17日，北大軟微-八分量協同創(chuàng)新實驗室展開第9期學術沙龍討論活動。北京大學沈晴霓老師，楊雅輝老師、方躍堅老師以及多位北大的博士生，碩士生與Trias資深系統(tǒng)研發(fā)胡志琳就共識算法和容錯機制問題做了探討。
有一種說法是，共識算法就是區(qū)塊鏈網絡中的法律。它決定了誰有出塊的權力和誰獲得出塊的獎勵。然而，不同的共識算法，其效率速度，能耗高低，容錯機制都不盡相同，什么才是合理的共識算法呢？本周，資深系統(tǒng)研發(fā)胡志琳博士帶來了他的見解。
先簡要回顧一下共識算法相關。目前共識算法主要可以分為兩類：同步共識算法和異步共識算法。同步共識算法相對比較簡單，它指的是在一定時間內收集共識消息，只要“好”節(jié)點過半即可順利達成共識，如POW算法。而異步共識算法，（比如PBFT）不需要明確的時間同步，但對“壞”節(jié)點的容錯度較低，常規(guī)的拜占庭類共識算法的容錯能力通常不超過33%。
關于拜占庭容錯，在1981年Lamport提出了《The Byzantine Generals Problem》一文中，對拜占庭將軍問題的兩種解決辦法做出了解讀。
①口頭消息，即OM(m)協議。在弱同步的假設下實現了多項式級的復雜度PBFT，也就是所謂的最多有1/3容錯節(jié)點數量的理論上限。
②簽名消息，即SM(m)協議。與口頭協議相比，所有的消息都是有記錄的，這樣就解決了追根溯源的問題。已經證明這種協議下可對任意多個節(jié)點實現容錯，即容錯率逼近100%。此類算法的應用約束為同步網絡。
有了上述背景，我們再簡要介紹一下Trias超級節(jié)點的由來。Trias上的節(jié)點都要具備TEE環(huán)境，并通過一個叫做“上帝擲骰子”的游戲。這樣一來，每一個節(jié)點的可信度時時刻刻都處在動態(tài)的監(jiān)測中，通過一定周期頒發(fā)的天榜，選取出排名最高且安全的節(jié)點作為超級節(jié)點。
理論上說，超級節(jié)點的可信度是很高的，但并不排除超級節(jié)點臨時被惡意攻擊，或為牟利而說謊的可能。那如何進一步保證超級節(jié)點呢？這就要通過在超級節(jié)點集合上運行共識算法來做文章了。
根據Trias的優(yōu)化方案（稱之為KeepBFT方法），首先，在選擇超級節(jié)點集合時，冗余一定的節(jié)點數。當出現問題節(jié)點時，直接選取替補節(jié)點，以保持線上正常的可信超級節(jié)點數目。
此外，Trias在去中心化的簽名確認方案的基礎上，將一部分超級節(jié)點賦予了新的功能，被稱為觀察層，也可稱之為共識確認層，觀察層由多個Paxos狀態(tài)機觀察節(jié)點和一個AI決策模塊組成。所有觀察層節(jié)點始終保持在線，接受鏈上所有的提案信息。
正常情況下，共識確認層和其他超級節(jié)點一起進行日常工作。但是當部分節(jié)點遭到攻擊時，觀察層就可以分析出誰是“好”節(jié)點，并將他們選取出來達成共識。惡意節(jié)點的提案剔除，并在此輪有效期內發(fā)送給所有的超級節(jié)點。
即使惡意節(jié)點的數量非常多，整個系統(tǒng)仍然能夠可靠地實現共識的高容錯，即忠實節(jié)點仍然能夠取得有效的共識。基于TRIAS天榜所遴選的超級節(jié)點和確認層共同作出的保障，其共識容錯能力達到90%以上，乃至逼近100%。
