[发明专利]一种拜占庭容错共识协议

权利要求书

1.一种拜占庭容错共识协议是基于主从的BFT算法，其工作在分布式系统下，该系统中存在3f+1个副本节点，其中最多f个节点是错误节点，f不大于系统中所有副本节点的，其包括共识协议、视图变换协议和检查点协议三个子协议；共识协议协调各副本节点对请求执行顺序达成一致，并根据请求提交情况来决定是否自动更换新的主副本节点；当副本节点超时无法达成一致或自动换主不成功时，从副本节点触发视图变换协议，选举新的主副本节点，再次执行共识协议，保证共识一定能够达成；分布式系统每完成一定数目的请求之后，对副本节点的日志进行清理，副本节点对自身的状态进行更新。

2.根据权利要求1所述的拜占庭容错共识协议，其特征在于，所述的共识协议的实现包括以下步骤：

L1.客户端c发送请求给所有副本，即发送request消息给副本节点；

L2.副本节点收到有效的客户端request消息之后，将下一个待分配序列号s分配给该请求，并发送该pre-prepare消息给主副本节点；

L3.主副本节点收到pre-prepare消息后检查其有效性，若通过检查，主副本节点接收该消息。(1)若收到2f+1个一致的pre-prepare消息，这些消息形成cert消息，主副本发送该cert消息给从副本；(2)若副本未能收2f+1个一致的pre-prepare消息，那么根据收到的合法的pre-prepare消息构造cert消息和prepare消息，然后主副本发送这些消息给从副本；

L4.从副本检查该cert消息的有效性：

L4-1.不冲突或轻度冲突：若该cert消息包含2f+1个一致的pre-prepare消息，副本可以执行该请求并回复reply消息给客户；

L4-2.重度冲突：若该cert消息未能包含2f+1个一致的pre-prepare消息，副本根据prepare消息构造commit消息并广播给其他副本，然后转至L5；

L5.副本若收到来自其他副本的2f+1个相匹配的commit消息，便可以执行该请求并回复reply消息给客户；

L6.当客户端收到2f+1个一致的reply时，这说明有2f+1个副本提交并执行了该请求，客户端可认为请求已完成。

3.根据权利要求1所述的拜占庭容错共识协议，其特征在于，所述的视图变换协议的实现包括以下步骤：

C1:从副本节点p广播view_change消息，告诉其他副本节点自身怀疑当前主副本节点，想通过视图转换选择新的主副本节点；当其他副本节点q收到其他副本节点发来的f+1个view_change消息时，广播view_change消息，确定进入视图变换阶段；

C2:新的主副本节点在收到2f+1个有效的view_change消息后，广播new_view消息给其他副本节点，其中一个new_view消息内包含2f+1个view_change消息；

C3:从副本节点收到new_view消息后会根据其包含的view_change消息决定新视图的开始状态；副本节点确定新视图状态后，发送view_confirm消息给其他副本；所有副本节点收到2f+1个一致的view_confirm消息之后，开始处理新视图下的消息。至此，视图变换成功。

4.根据权利要求1所述的拜占庭容错共识协议，其特征在于，所述的检查点协议具体步骤如下：

副本节点每执行一定数量的请求后，触发检查点协议并将自身历史信息包含在checkpoint消息中发送给所有的其他副本节点；

某一副本节点接收到2f+1个checkpoint消息，则该checkpoint消息所包含的状态至少在f+1个正确节点上一致。副本节点根据接收到的checkpoint消息所对应的序列号进行日志清理，即对该序列号对应的消息日志进行删除，副本节点更新自身状态。

5.根据权利要求2所述的共识协议，其特征在于，所述的步骤中副本有两次机会提交请求：

副本可以在L4阶段完成请求的提交；如果未能在L4阶段完成请求的提交，副本会有第二次机会提交请求，即在L5阶段完成请求的提交。

6.根据权利要求2所述的共识协议，其特征在于，所述的步骤中副本在完成请求的提交之后是否变换主副本节点：

如果请求是在L4阶段提交成功，主节点就继续担任主节点；如果请求未在L4阶段提交成功，那么当前主副本的下一个从副本将成为新一轮共识过程中的主副本。