hotStuff中文1803_translate.pdf

HotStuff共识协议是一种基于领导者的拜占庭容错复制协议，适用于部分同步网络模型。在这样的模型中，网络通信在未知的全局稳定时间（GST）之后，会有已知的延迟界限。HotStuff协议能够利用正确的领导者以实际网络延迟的速度推动协议达到共识，称为响应性属性。HotStuff的设计目标是在领导者故障转移期间实现线性的通信复杂度，这相对于其它一些协议中的二次方通信复杂度是一个显著的改进。 在区块链领域中，拜占庭容错（BFT）意味着系统能够在部分或全部组件发生任意故障（包括拜占庭式的故障）时，依然能够正常运行。BFT通常与状态机复制（SMR）结合使用，确保无故障副本能够就客户端发起的服务命令的执行顺序达成一致，从而保障服务命令的一致性。BFTSMR协议在部分同步模型中尤为重要，因为它们必须能够在消息传输延迟未知的情况下，确保副本之间就命令的执行达成一致。 传统的BFT复制解决方案，如PBFT，围绕一个两阶段的核心构建：第一阶段形成法定人数的证书（QC），以保证提案的唯一性；第二阶段确保新领导者能够让复制者投票选出安全的提案。然而，随着系统规模的增大，视图变化过程变得复杂且容易出错，导致显著的通信开销。 HotStuff协议采用了一个新颖的三阶段核心来解决上述问题。新领导者只需选择它所知道的最高QC即可开始新的视图变化过程。在第二阶段，允许副本在投票后改变主意而无需领导证明，从而简化了领导者替换协议。整个协议的阶段设计便于封装和轮换领导者，改善了通信效率。 HotStuff协议的特色在于其能与其他BFT复制协议，如DLS、PBFT、Tendermint和Casper，在一个通用框架中进行表达。这意味着它可以作为一个协议的桥梁，连接经典BFT基础与区块链技术。HotStuff被设计成能在大规模网络中部署，它在领导者故障转移期间提供线性通信复杂度，而在吞吐量和延迟方面与BFT-SMaRt协议相当。这使得HotStuff成为区块链领域中一个重要的共识算法。 HotStuff的设计使得它能应对区块链领域带来的扩展性挑战。随着区块链技术的发展，对能够处理数百甚至数千个复制品数量的拜占庭容错解决方案的需求日益增加。HotStuff针对这种情况进行了优化，能够适应广域网中的部署，并且能适应通信延迟的高可变性。 HotStuff协议提供了一种高效的BFT复制机制，尤其适合于区块链技术，它通过简单的领导制度和三阶段核心过程，不仅解决了传统BFT协议中视图变化的复杂性问题，而且在大规模网络中的通信效率也得到了提升。这使得HotStuff成为当前区块链领域中一个领先的共识解决方案，对于理解和掌握区块链共识算法的研究者和开发者来说，掌握HotStuff协议的知识是极其有价值的。