• 11. Chained-BFT共识公共组件
    • 11.1. 概述
    • 11.2. 核心数据结构
    • 11.3. Smr
    • 11.4. Safety Rule
    • 11.5. PacemakerInterface

    11. Chained-BFT共识公共组件

    11.1. 概述

    在 超级链共识框架 一文中介绍了超级链底层有一个共识的公共组件叫chained-bft，其是Hotstuff算法的实现。HotStuff是一种简洁而优雅的bft改进算法。它具有以下优点：

    • 它的设计中将liveness和safty解耦开来，使得非常方便与其他的共识进行扩展；
    • 将bft过程拆解成3阶段，每个阶段都是o(n)的通信；
    • 它允许一个节点处于不同的view，并且将view的切换与区块结合起来，使得其能够实现异步共识，进一步提升共识的效率。

    这样一个chained-bft可以在给定主集合的场景下确保网络的共识安全性，并且通过与外层共识配合工作实现共识的活性保证。

    11.2. 核心数据结构

    1. enum QCState {
    2.     NEW_VIEW = 0;
    3.     PREPARE = 1;
    4.     PRE_COMMIT = 2;
    5.     COMMIT = 3;
    6.     DECIDE = 4;
    7. }
    8. // QuorumCert is a data type that combines a collection of signatures from replicas.
    9. message QuorumCert {
    10.     // The id of block this QC certified.
    11.     bytes BlockId = 1;
    12.     // The current type of this QC certified.
    13.     // the type contains `NEW_VIEW`, `PREPARE`,`PRE_COMMIT`, `COMMIT`, `DECIDE`.
    14.     State Type = 2;
    15.     // The view number of this QC certified.
    16.     int64 ViewNumber = 3;
    17.     // SignInfos is the signs of the leader gathered from replicas
    18.     // of a specifically certType.
    19.     QCSignInfos SignInfos  = 4;
    20. }
    21. // QCSignInfos is the signs of the leader gathered from replicas of a specifically certType.
    22. // A slice of signs is used at present.
    23. // TODO zq: It will be change to Threshold-Signatures
    24. // after Crypto lib support Threshold-Signatures.
    25. message QCSignInfos {
    26.     // QCSignInfos
    27.     map<string, SignInfo> QCSignInfos = 1;
    28. }
    29. // SignInfo is the signature information of the
    30. message SignInfo {
    31. string Address = 1;
    32. string PublicKey = 2;
    33. bytes  Sign = 3;
    34. }
    35. // ChainedBftMessage is the message of the protocal
    36. // In hotstuff, there are two kinds of messages, "NEW_VIEW_Message" and "QC_Message".
    37. // In XuperChain, there is only one kind of message, "NEW_VIEW. The "QC_Message" is resuded with "BroadcastBlock" message.
    38. message ChainedBftMessage {
    39.     // Message Type
    40.     QCState Type = 1;
    41.     // Justify is the QC of the leader gathered, send to next leader.
    42.     QuorumCert Justify = 2;
    43. }
    44. // ChainedBftMessage is the vote message of
    45. message ChainedBftVoteMessage {
    46.     // The id of block this message vote for.
    47.     bytes BlockId = 1;
    48.     // Replica will sign the QCMessage if the QuorumCert if valid.
    49.     SignInfo signature = 2;
    50. }

    整个chained-bft中主要包括三部分，分别是状态机 Smr 、 SafetyRules 和 PacemakerInterface 。

    11.3. Smr

    Smr是 chained-bft 的核心实例。他的主要的作用有以下几点：

    • 维护节点链的chained-bft共识状态机；
    • 在外层共识的驱动下发起 NewView 和 NewProposal 等消息并更新本地状态；
    • 处理其他验证节点的消息并更新本地状态；../_images/chained-bft.png

    11.4. Safety Rule

    Safety Rule 是一个验证节点是否要接受一个新的Proposal的安全性规则，主要有三条：

    • 判断当前Proposal的View值是否大于本地locked Proposal的View值；
    • 验证当前Proposal中上一个Proposal的投票信息有效性和投票个数是否大于系统矿工数目的2/3；
    • 验证当前Proposal的ProposalMsg是否有效；

    当一个验证节点收到一个新的提案时，如果满足上述 Safety Rule 的认证，则会给这个提案进行投票，否则拒绝这次提案。

    11.5. PacemakerInterface

    Hotstuff算法的一大特点就是将共识的liveness和safety分开。PacemakerInterface是Hotstuff算法Pacemaker的接口定义，外层共识通过实现这些接口，可以推进内层共识的状态轮转。不同的外层共识可以有不同的实现。目前超级链已经实现了DPoS+Hotstuff，具体的方案如下所示： ../_images/pacemaker.png