【区块链异步共识】-首个完全实用的异步共识算法“小飞象算法”

帆说区块链

区块链系统的通信环境分类

同步网络，即整个网络环境里存在一个最大的延迟上界。也就是说，我知道一个消息发给Alice，一秒钟之内(确定的时间)可以到达。

半同步网络，即网络存在一个最大的网络延迟，但是这个网络延迟是一个未知的，我们不知道发出消息是一分钟内到达还是十分钟内到达，但我们知道这个网络延迟，它不是无限大的，所以一定会达到。这个还可以衍生出另外一个模型叫最终同步假设。比如说我不知道整个网络是否分片了，也不知道它分片了多久，可能是一个小时等等，但我知道分片是有限时长，过完这个网络分片的时间，我的网络又恢复到了一个同步状态。

异步网络，即安全假设最少的模型，我们叫异步模型，异步模型指的是网络存在延迟，而且这种延迟不仅是未知的，还可以任意大的。我们可以借鉴下面的图，这个模型比较好地刻画了TCP协议的情况，在TCP中，比如说a、b交互的过程中，可能有a发送的数据包丢失，有b发送的确认包丢失，还有可能是路由丢包，也有可能是被强制劫持工具劫持。

不同部署环境有哪些共识

那回归主题,什么是异步共识？与同步共识有什么区别？异步共识是怎么做的呢？

异步共识是指在共识协议的设计中，不对网络能力进行假设（符合真实网络情况，即消息可能在任意时间后到达），对比同步共识：假设消息会在一定时间范围内到达，若超过某个时间阈值（系统根据网络能力进行设定）之后，没有收到某个期待的消息，则认为消息并未被发出，从而推断消息发送方出现异常。

“小飞象算法”

“小飞象算法”全称是“小飞象拜占庭容错（DumboBFT）算法”。

它是中国科学院软件研究所张振峰团队联合美国新泽西理工学院唐强团队，在区块链核心技术的拜占庭容错（BFT）共识研究中取得重要突破，在国际上提出首个完全实用的异步共识算法。

作为区块链的关键核心技术，BFT共识算法是确保区块链安全可靠运行、提升区块链扩展能力和运行性能的核心算法。BFT 共识算法具有运行性能高、资源消耗低、易于部署等特点，得到工业界的青睐，广泛应用于区块链系统中。异步 BFT 算法能够容忍网络通信故障、抵抗拜占庭敌手恶意攻击，是保障区块链在互联网环境下健壮运行的理想共识技术。

如何设计高效的异步 BFT 共识算法仍然是密码学和分布式计算领域的难题，包括多位图灵奖得主在内的众多国际学者先后对这一难题进行探索，2016 年提出的“蜜獾算法”（HoneyBadgerBFT）（后期会推出该类共识的原理讲解，期待）是第一个接近实用的异步共识算法，已被应用于区块链平台。

为设计完全实用的异步共识算法，中科院软件所于 2015 年开展“小飞象算法”研究工作。该算法以独到视角对“蜜獾算法”进行分析，揭示其性能受限的根源是大量随机化子模块调用导致的运行时间增加 ；提出全新的可证明可靠广播原语，通过密码学“证明”保证了交易广播的正确完成，并给出基于门限数字签名技术的高效构造方法 ；通过一种创新性的多值拜占庭共识应用，将对交易的共识转换为对“证明”的共识，使“小飞象算法”在容忍 1/3 的恶意节点的同时，突破异步共识算法在性能上的设计挑战。

在遍布全球四大洲的 100 个共识节点的测试网络中，“小飞象算法”的确认延迟时间为 24 秒，不到“蜜獾算法”的1/20 ；交易吞吐量为每秒近 1.8 万笔、是“蜜獾算法”的 9 倍多。

“小飞象算法”的创造性突破，不仅解决了异步共识算法设计的理论难题，而且在性能上大幅提升，并全面超越当前工业界采用的“蜜獾算法”，从而成为国际首个完全实用的异步共识算法。这项研究成果可为中国区块链基础设施建设提供强安全、高性能、可扩展的新一代核心技术。

以上都是基于网上大佬推文进行整理总结，若有问题请联系作者。（后话：文中图都来自与知乎：如我，大佬的推文非常不错）

后期将推出一期完整的小飞象和蜜獾原理讲解。

参考：https://www.zhihu.com/question/55794026/answer/2314619933

https://blog.csdn.net/m_iNoError/article/details/116028347

（3）中国科学家突破区块链核心技术提出首个完全实用异步共识算法[J].信息网络安全,2021,21(03):96.