bft在区块链共识领域具体指什么，与其他共识机制有何区别？

摘要： BFT是“拜占庭容错”（Byzantine Fault Tolerance）的缩写，它是一类分布式计算系统的容错算法，旨在解决在存在“恶意节点”（或称为“拜占庭节点”）的情况下，系...

BFT是“拜占庭容错”（Byzantine Fault Tolerance）的缩写，它是一类分布式计算系统的容错算法，旨在解决在存在“恶意节点”（或称为“拜占庭节点”）的情况下，系统如何达成共识、保持一致性和正常运行的核心问题。

什么是“拜占庭将军问题”？

要理解BFT，首先要理解它要解决的经典问题——拜占庭将军问题。

这个思想实验描述了一个场景：

拜占庭帝国的几支军队驻扎在敌城外，军队之间只能通过信使通信，他们必须决定是共同进攻还是共同撤退，其中一些军队可能是叛徒（拜占庭将军），他们会发送虚假的、混乱的信息，以破坏将军们达成一致，问题是：在存在叛徒的情况下，忠诚的将军们如何通过通信，确保所有忠诚的部队都采取相同的行动（要么都进攻，要么都撤退）？

这个问题的核心挑战在于：

• 恶意节点的存在：这些节点不遵循协议，它们可能会发送错误信息、不响应,甚至发送相互矛盾的信息。
• 达成共识：必须让所有诚实的节点对同一个决策达成一致。
• 安全性：只要有一个或多个节点是恶意的，就不能让诚实节点做出错误的决定（忠诚的将军们不能因为叛徒的误导而决定进攻，结果导致全军覆没）。

在区块链网络中，每个节点就像一位“将军”，而恶意节点就是试图攻击网络、作恶的“叛徒”。

BFT的核心目标

BFT算法的目标就是解决上述问题，确保分布式系统在遇到部分节点故障（甚至是恶意行为）时,仍然能够满足以下两个关键特性：

1. 一致性：所有非拜占庭节点（诚实节点）最终对某个值（哪个交易区块是合法的）达成一致。
2. 活性：系统总能继续运作并最终达成共识,不会因为某些节点的故障或恶意行为而完全停滞。

BFT算法的主要类型和代表

BFT算法有很多变种,可以分为两大类：

a) 拜占庭将军问题

这是最原始的BFT模型，它假设系统中恶意节点的数量不超过总节点数量的 1/3，也就是说，只要超过 2/3 的节点是诚实的,系统就能正常工作。

• 代表算法：PBFT (Practical Byzantine Fault Tolerance)
  • 特点：由Miguel Castro和Barbara Liskov在1999年提出，是第一个在实际系统中可用的BFT算法，它不需要像工作量证明那样的高能耗,效率很高。
  • 工作流程：一个典型的三阶段提交过程：
    1. 请求：客户端向主节点发送请求。
    2. 预准备：主节点将请求广播给所有备份节点。
    3. 准备：备份节点收到请求后，广播“准备”消息。
    4. 确认：当节点收到来自其他 2f 个节点的“准备”消息后，广播“确认”消息。
    5. 提交：当节点收到来自其他 2f 个节点的“确认”消息后，执行请求并返回结果给客户端。 （f 是恶意节点的最大数量，总节点数 N >= 3f + 1）
  • 应用：Hyperledger Fabric、Stellar (早期) 等联盟链广泛使用PBFT或其变种。

b) 拜占庭容错

这是PBFT的改进版本，它放宽了对节点通信模型的假设，不要求所有节点都能互相通信,从而使其在更广泛的网络环境中适用。

• 代表算法：Tendermint (现在常被称为HotStuff)
  • 特点：更简洁的共识状态机，分为三个阶段：Propose (提议), Pre-vote (预投票), Pre-commit (预提交)，它通过一个轮换的“提议者”来产生区块,效率更高。
  • 应用：Cosmos (ATOM)、Terra (LUNA) 等知名公链都使用Tendermint共识机制。

BFT vs. 非BFT共识机制（如PoW）

为了更好地理解BFT，我们可以将它与比特币使用的工作量证明进行对比：

在区块链共识领域中，BFT 是一种能够抵抗恶意攻击的、高效的共识机制,它的核心价值在于：

• 安全性高：只要诚实节点占多数（超过2/3），就能保证网络的安全和一致性，有效防止“双花”等攻击。
• 性能优越：交易确认速度快，吞吐量高,非常适合对性能和速度有要求的商业应用场景。
• 节能环保：相比于PoW，BFT机制不依赖巨大的计算力,能源消耗极低。

BFT机制主要被广泛应用于联盟链和私有链场景，在这些场景中，参与者是已知的、可信任的（或半可信任的），且对交易速度和成本有较高要求，而像比特币这样的公有链，由于去中心化程度要求极高，参与者完全未知且不可信，所以选择了通过PoW/PoS这类以经济博弈为核心的非BFT机制来保证网络安全。