近日，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“小飞象拜占庭容错(DumboBFT)算法”(简称“小飞象算法”)。
在以“去中心化”为主要特征的区块链技术中，共识算法为什么重要？什么是“拜占庭容错共识算法”？“小飞象算法”又有哪些过人之处？
共识算法为什么重要？
“去中心化”是区块链的特征之一。在一个去中心化的系统里，没有负责“拍板”的角色，这就好比一个临时组成的旅游团，有人想往东，有人想往西。
美国财政部正在研究如何使用数字美元来保护隐私:金色财经报道，负责金融机构的助理部长Graham Steele表示，美国财政部一直在研究如何使潜在的数字美元的零售交易尽可能保持私密和匿名，尽管他说美国还没有决定是否推进中央银行数字货币（CBDC）的发展。
然而，Steele也指出了零售业CBDC可能存在的风险，特别是运行的危险。最近的美国银行业动荡表明，\"使存款流动的技术只会越来越快，\"这增加了高速、恐慌性的资金流动的危险。斯蒂尔说，一个由财政部领导的小组正在研究建立美国中央银行数据中心的可能性，\"该小组正在评估与全球金融领导地位、国家安全、隐私、非法金融和金融包容性有关的政策目标。[2023/6/14 21:34:44]
“中心化”与“去中心化”
声音 | Jeffrey Wernick：华尔街不喜欢比特币 不知如何用它讲好故事:芝加哥大学经济学与金融学博士、区块链和比特币项目早期参与者、Uber和Airbnb早期投资人Jeffrey Wernick称，华尔街不喜欢比特币，或因不知如何用其讲好故事拿下高估值。Wernick认为，现在的华尔街的公司估值模式已经从传统的现金流折现模型（DCF）转向通过炒作故事概念来获取高估值。他认为，DCF是里的清的帐，可以通过现有现金流、未来增长预期和折现率定价求得。在这种模式下的高估值是因为，低融资成本下的低折现率导致的。Wernick解释，在炒作概念的估值模式里，项目方会找博士来撰写估值模式和框架，并称这是正确的估值方法，接着再找更多人的输出类似的观点，造成一个所谓的共识，最后再说服其他人接受这一共识。之后，他们会如法炮制的输出“为什么这家公司估值应该比去年更高“的共识。但是，这些始终都是概念。Wernick还指出，特斯拉就是通过炒作概念来获取高估值的，通过不断地讲故事来维持高估值、保证投资人不受损失。[2019/6/21]
再举一个更加贴近生活的例子，在传统的金融系统里，A向B转账了一笔钱，这个行为会被保存在银行数据库里，交易数据的真实性由银行这样的传统机构保证，以他们的记录为准。
分析 | 2018年美国用户搜索“如何购买Ripple”的次数高于“如何购买比特币”:据bitcoinexchangeguide消息，去年收集的一项数据显示，美国用户对于“如何购买Ripple”这一短语的搜索次数高于“如何购买比特币”。不过全球范围内，“比特币”词语本身仍然比“ XRP ”或“ Ripple ” 的搜索次数更多。但XRP社区粉丝依旧认为XRP距离成为领先的数字资产并不太远。[2019/4/3]
但是在比特币这种“去中心化”的区块链系统中，可能有的节点记录了A向B转账的事情，有的节点没有记录，那到底有没有转账这回事？以谁的记录为准？
很明显，在上述两种情况下，通过一个合适的共识机制，让整个系统能做出统一的决定非常重要。
声音 | 段新星：看到有价值的场景时思考如何用区块链去更好地打造才是正确的:Bytom创始人段新星在“区块链平昌论坛2019(Blockchain Pyeongchang Forum, BPF2019)”的圆桌论坛上表示，在投机和炒作层面区块链处于熊市，但是在区块链应用层面仍然在向前发展。同时，他指出，不能像拿着锤子砸钉子一样，把区块链强加于所有项目，而应该在看到有价值、有意义的场景时，思考如何用区块链去更好地打造才是正确的。只有做到这点，离区块链下一次爆发也就不远了。[2019/1/28]
因此，在区块链的世界里，不同的节点通过预设共识算法最终达到数据的一致性，这其实就是一种通用性规则，每个人只要按照这个规则参与运行，结果即可得到其他人的认可。
“拜占庭容错共识算法”与拜占庭有何关系？
在实际运行中，共识算法并非无懈可击。来自各方的挑战经常会影响共识的达成，其中最大的挑战还是源自“信任问题”。
1982年，图灵奖获得者莱斯利·兰伯特等在论文中提出了这样一个可能令共识算法失灵的情况假设，即“拜占庭将军问题”。
什么是“拜占庭将军问题”？
由此可见，拜占庭容错共识算法是由拜占庭将军问题衍生出来的共识算法，其目的是要解决在非信任环境下，如何达成共识。
类似的故事在中国的历史上更为普遍，例如战国时期的“合纵连横”：秦国的势力不断强大，成为其他六国的共同威胁，于是六国“合纵”，合力抵抗强秦。与此同时，秦国也通过“连横”分别与六国联盟，目的是破坏六国间的“合纵”，以便孤立各国，各个击破。
在上述背景下，无论秦国还是其他六国，均面临所谓的“拜占庭将军问题”——既要联合作战，又要防范自己被灭。那时候的古人往往通过人质或联姻等手段建立信任，而在区块链的语境中，类似的问题可以由“拜占庭容错共识算法”来解决。
因此，作为区块链的关键核心技术，“拜占庭容错共识算法”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，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，广泛应用于中外区块链系统中。
“小飞象算法”有何过人之处？
此次研究成果主要完成人张振峰研究员在接受采访时表示，如何设计高效的异步“拜占庭容错共识算法”，这是密码学和分布式计算领域的著名难题。自20世纪80年代起，包括多位图灵奖得主在内的众多国际著名学者先后对这一难题进行探索，2016年提出的“蜜獾算法”(HoneyBadgerBFT)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。
张振峰指出，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。
目前，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。
张振峰还表示，联合团队完成“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。
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