微众银行BCOS平台共识算法PBFT和RAFT

文章选自BCOS白皮书

共识机制不但是计算机之间的算法和数据共识，也是合作伙伴之间进行协作的共识，共识机制使区块链的参与者通过约定的方式进行共同记账，确保合作者之间的记账正确性、一致性、持续性，避免少数出现故障的节点影响网络运行，并防御少数故意作恶者的破坏。公有链如比特币、以太坊等使用的共识算法通常为工作量证明或权益证明等，可以根据投入权益和记账的行为，对记账者制定奖励和惩罚制度。公有链上的共识算法一般确认时间较长，或需要较多的算力投入。
联盟链共识机制的设计目标和公有链有所不同， BCOS 平台不会根据记账的计算量对记账者进行经济奖励，而是鼓励参与者在共同维护联盟链、 促进生态系统发展、推进商业合作的过程中获得价值或收益。在此过程中产生的纠纷或非法行为，将采用监管审计和法律仲裁结合的方式解决。 BCOS 平台共识机制的实现符合联盟链场景需求，可避免算力浪费、防分叉和提升运行稳定性。

BCOS 平台采用高效的 PBFT、 RAFT 共识算法，采用插件化设计实现，通过修改系统配置，即可以在一个联盟链里使用不同的共识机制，参与到这个联盟链的所有节点必须采用同一种共识配置。
BCOS 平台所使用的 PBFT 共识算法的特性包括：
1.共识节点轮流出块，具有同等的记账权，体现了参与者的对等性，且防止个别记账者作恶

2.秒级出块，可配置为 1 秒到几秒出块，满足交易短时间内响应的需求；
3. 支持 1/3 容错，整个系统中少于等于 1/3 数量的节点出现故障或作恶，均不影响共识进行；
4. 在区块同步的过程中严格校验签名，保证数据的安全性。

PBFT 共识具有高一致性、 高可用性， 抗欺诈能力较强，是联盟链里较为实用的一种共识算法，经过流程优化，也具有较高的效率。

BCOS 平台所使用的 RAFT 共识算法特性包括：
 共识节点达到出块条件，即把当前块作为候选区块发起选举，所有共识节点具有同等选票权重，体现了参与者的对等性；
 候选区块超过半数赞成票才提交到区块链中，保证高一致性；
 如果超时没有收集超过半数的回复票，则重新发起选举，保证系统的容错恢复能力；
 秒级出块，可以配置为 1 秒或多秒出块；
 支持 1/2 节点容错，整个系统中少于 1/2 数量的节点出现故障，均不影响共识进行；
 在选举过程和区块同步过程中严格校验签名，保证数据的安全性。

RAFT 共识具有较高的效率、 高一致性和高可用性。与 PBFT 共识的拜占庭容错特性对比， RAFT 共识并不严格保证抗欺诈性，适用于互信程度较高的联盟链。
联盟链的共识算法在节点总数不多、 网络规模不太大时，可以提供较高的交易并发处理能力。但随着节点数量增多，比如达到几百个共识节点的规模时，由于需要共识节点之间交换较多的信息，会出现明显的性能下降。所以在联盟链中一般会通过协商，在保证公平公开的前提下，控制参与者共识的节点数量，以保证共识算法的效率。
BCOS 平台的共识算法根据联盟链要求的身份对等性、 交易响应时间、并发能力、 以及服务器计算能力和网络带宽等进行深入优化，可提高计算效率，减少重复工作，降低带宽消耗。 在保证高并发的同时， 可保证交易在短时间内能得到确认，且一旦确认后，在联盟链里即达成共识且不可篡改。