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Fabric中PBFT共识机制的分析与改进的中期报告
Fabric中PBFT共识机制的分析与改进的中期报告
共识机制是区块链技术中非常重要的一环，它确保了分布式系统中的数据一致性与可靠性，保证了区块链的安全性和可信度。Fabric作为领先的企业级区块链平台之一，其共识机制采用的是PBFT共识算法。本文将基于PBFT共识算法，对Fabric的共识机制进行分析，并尝试提出相应的改进方案。
一、PBFT共识算法简介
为了理解Fabric中的共识机制，首先需要了解PBFT共识算法。PBFT共识算法是一种基于节点重复请求、复制执行、投票和请求通过等机制来协调节点间达成一致的算法。PBFT具有高度的容错特性，即它可以在节点数不变的情况下容忍一定数量的节点失效，从而保证了在整个系统中数据的一致性和可靠性。
具体而言，PBFT共识机制分为以下三个阶段：
1.预处理（Pre-prepare）：主节点向其他所有从节点广播请求信息，其他从节点记录该信息并返回对请求的确认消息。
2.处理（Prepare）：主节点接收到其他从节点的确认消息后，向其他所有从节点广播请求处理信息，其他从节点记录该信息并返回对处理请求的确认消息。
3.请求通过（Commit）：主节点收到一定数量的确认消息后，将该数据决定性提交，从而完成了一次共识过程。
在该算法中，每个节点有三种不同的角色：客户端，主节点和从节点，其中客户端发起请求，主节点将该请求广播到各个从节点进行验证，在得到其他从节点的确认后最终将该数据提交。PBFT中的共识过程需要保证大多数节点达成共识，即用户指定的参数f满足f<n/3的条件，其中n为节点总数。
二、Fabric中的共识机制
在Fabric中，共识的每一轮称为共识循环。在一下情形中，会启动新的共识循环：
1.当前共识循环完成后，处理事务池中的所有交易，并将这些交易写入到下一个区块。
2.在需要强制执行数据一致性的情况下启动。
Fabric中的共识机制的具体流程如下：
1.客户端向区块链网络发出交易。
2.交易执行器验证并执行客户端发送的交易并返回执行结果给提交者。
3.提交者（orderer）将该交易广播到网络中的所有peer节点.
4.提交者（orderer）按照时间戳为该交易生成一个分类账本项。在分类帐本项中，将该交易打上未验证的标记，其余内容都来自于交易执行器的执行结果。
5.提交者把这笔交易广播到peer节点。
6.直到达到‘”BatchTimeout”，peer节点将以批量的形式请求提交者获取未被验证的分类帐目。单个分类帐本项请求可以分批次进行。
7.提交者将未被验证的分类帐操作确认，将所有收到过分类账的peer节点的签名提示包含在确认信息中，发送给所有的peer节点。
8.当peer节点收到大多数的分类帐验证信息（即清算交易结果相同）时，交易就被认为是被验证的，并转换为“已验证”状态。分类账本项的所有内容在peer节点之间作为交易分发。
9.peer节点证明该分类账本项已被验证并写入到了该节点的分类账本中。
10.当新的块被创建时，交易已成功添加到该块。
在Fabric中，提交者的作用是类似于PBFT中的主节点，它将提交的交易打包并广播到网络中的所有peer节点。peer节点类似于PBFT中的从节点，在该链上有读取和写入的权利，可以完成账本的读写操作。
三、Fabric中共识机制的改进方案
1.交易致性
在当前的Fabric中，当提交者收到交易请求后，会对交易进行排序，然后将排序好的交易发送到peer节点，从而达到序列化，保证了交易的一致性。
但是，在区块链网络中，由于网络的延迟和复杂性，可能会出现一些情况导致交易的顺序发生变化，从而可能导致交易运行时缺失关键的信息，从而出现异常。因此，需要在交易的序列化过程中，对交易数据进行完整性验证，并在验证通过后进行顺序化处理，从而确保交易的一致性。
2.异步交易处理
当前Fabric共识机制中的交易处理是同步进行的，即收到新的交易请求后，执行器必须等待之前的交易处理完成后才能开始处理新交易。这样会导致系统的吞吐量变慢，并且可能会导致某些交易等待时间过长，影响系统的响应速度。
因此，可以采用异步交易处理的方式，即设置一个缓冲区来存储所有到来的交易请求，执行器在空闲时会处理该缓冲区的交易请求。这样可以使交易处理并行化，从而提高系统的吞吐量和系统的性能。
3.并行传输
在当前的Fabric中，交易处理和共识包传输时序进行，即先执行所有交易的验证操作，然后才将共识包广播给其他节点。这样会导致整个系统的效率较低，限制了系统的吞吐量。
为了提高系统的效率，可以采用并行传输的方式，在交易验证（Pre-verification）过程中同时进行共识包传输，即所有节点在执行交易验证操作的同时，可以先将共识包发送给其他