共识算法入门

【摘要】 共识算法入门之raft和pbft

raft算法

算法动画演示：http://thesecretlivesofdata.com/raft/

节点的三种角色：跟随者（follower）、候选人（candidate）、领导者（leader）

最大容错故障节点：（N - 1）/ 2

选举超时（election timeout）：一个节点在成为候选节点（candidate）之前等待的时间，150ms到300ms之间的随机值

心跳超时（heartbeat timeout）：心跳超时

pbft算法

最大容错节点数：3f + 1 <= N

算法基本流程：

1. 客户端发送请求给主节点

2. 主节点广播请求给其他节点，节点执行pbft算法三阶段共识流程

3. 节点处理完三阶段流程后，返回消息给客户端

4. 客户端收到来自f + 1个节点的相同消息后，代表共识已经完成

pbft算法核心三阶段流程：

v：视图编号

d：客户端消息摘要

m：消息内容

n：在[h，H]区间之间，请求编号

i：节点编号

<PRE-PREPARE，v，n，d>进行主节点签名

1. Pre-prepare 阶段：节点收到 pre-prepare 消息后，会有两种选择，一种是接受，一种是不接受。什么时候才不接受主节点发来的 pre-prepare 消息呢？一种典型的情况就是如果一个节点接受到了一条 pre-pre 消息，消息里的 v 和 n 在之前收到里的消息是曾经出现过的，但是 d 和 m 却和之前的消息不一致，或者请求编号不在高低水位之间（高低水位的概念在下文会进行解释），这时候就会拒绝请求。拒绝的逻辑就是主节点不会发送两条具有相同的 v 和 n ，但 d 和 m 却不同的消息。

2. Prepare 阶段：节点同意请求后会向其它节点发送 prepare 消息。这里要注意一点，同一时刻不是只有一个节点在进行这个过程，可能有 n 个节点也在进行这个过程。因此节点是有可能收到其它节点发送的 prepare 消息的。在一定时间范围内，如果收到超过 2f 个不同节点的 prepare 消息，就代表 prepare 阶段已经完成。

3. Commit 阶段：于是进入 commit 阶段。向其它节点广播 commit 消息，同理，这个过程可能是有 n 个节点也在进行的。因此可能会收到其它节点发过来的 commit 消息，当收到 2f+1 个 commit 消息后（包括自己），代表大多数节点已经进入 commit 阶段，这一阶段已经达成共识，于是节点就会执行请求，写入数据。