任秀丽，张雷

（辽宁大学 信息学院，沈阳 110036）（∗通信作者电子邮箱1638938145@qq.com）

基于实用拜占庭容错的改进的多主节点共识机制

任秀丽，张雷*

（辽宁大学 信息学院，沈阳 110036）（∗通信作者电子邮箱1638938145@qq.com）

针对实用拜占庭容错（PBFT）共识协议通信复杂度高导致的共识效率低、单一主节点发生故障或存在拜占庭行为时会导致共识过程停止的问题，提出了改进的多主节点实用拜占庭容错（IMPBFT）共识机制。首先，通过节点的共识轮数、存在拜占庭行为的共识轮数以及节点被赋予的优先值，计算出节点的有效共识轮数，再依据有效共识轮数的大小选出多个主节点。其次，对原共识机制进行改进，使所有节点利用改进的机制进行共识。最后，引入流水线来实现IMPBFT共识的并发执行。在进行流水线操作时，不同轮共识的多阶段消息统一签名，并且不再使用固定周期来控制流水线。理论研究和实验结果表明，IMPBFT的多主节点结构相较单一主节点的共识结构更加安全稳定；与平方级通信量的PBFT和信用委托拜占庭容错（CDBFT）共识相比，IMPBFT将通信量降至线性级；在交易吞吐量、扩展性和交易时延方面，IMPBFT的性能要优于PBFT和CDBFT；使用“多阶段消息统一签名、无固定周期”流水线的IMPBFT，比未使用流水线的IMPBFT在交易吞吐量上提高了75.2%。

区块链；联盟链；共识机制；实用拜占庭容错；流水线

0 引言

区块链起源于比特币［1-2］，区块链的核心技术是共识机制，而对共识机制的研究却远早于区块链。比特币系统使用的共识机制是工作量证明（Proof of Work， PoW），其属于公有链共识机制。……