共識演算法論文閱讀筆記1-hotstuff

1.名詞解釋：

QC：表示一個被<span id="MathJax-Span-8" class="mrow"><span id="MathJax-Span-9" class="mo">(<span id="MathJax-Span-10" class="mi">n<span id="MathJax-Span-11" class="mo">−<span id="MathJax-Span-12" class="mi">f<span id="MathJax-Span-13" class="mo">)個節點簽名確認的資料包及viewNumber。比如，對某個區塊的<span class="MathJax_Preview"><span id="MathJax-Element-3-Frame" class="MathJax"><span id="MathJax-Span-14" class="math"><span id="MathJax-Span-15" class="mrow"><span id="MathJax-Span-16" class="mo">(<span id="MathJax-Span-17" class="mi">n<span id="MathJax-Span-18" class="mo">−<span id="MathJax-Span-19" class="mi">f<span id="MathJax-Span-20" class="mo">)個投票集合。

prepareQC: 對於某個prepare訊息，Leader收集齊<span id="MathJax-Span-22" class="mrow"><span id="MathJax-Span-23" class="mo">(<span id="MathJax-Span-24" class="mi">n<span id="MathJax-Span-25" class="mo">−<span id="MathJax-Span-26" class="mi">f<span id="MathJax-Span-27" class="mo">)個節點簽名所生成的證據（聚合簽名或者是訊息集合），可以視為第一輪投票達成的證據

<span class="mrow"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo">lockedQC: 對於某個precommit訊息，Leader收集齊<span class="MathJax_Preview"><span id="MathJax-Span-28" class="math"><span id="MathJax-Span-29" class="mrow"><span id="MathJax-Span-30" class="mo">(<span id="MathJax-Span-31" class="mi">n<span id="MathJax-Span-32" class="mo">−<span id="MathJax-Span-33" class="mi">f<span id="MathJax-Span-34" class="mo">)個節點簽名所生成的證據（聚合簽名或者是訊息集合），可以視為第二輪投票達成的證據

<span class="mrow"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo">2.演算法流程

<span class="mrow"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo">四階段演算法，三階段投票

<span class="mrow"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo">prepare階段：

<span class="mrow"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo">每個View開始時，新的Leader收集由<span class="MathJax_Preview"><span id="MathJax-Span-41" class="math"><span id="MathJax-Span-42" class="mrow"><span id="MathJax-Span-43" class="mo">(<span id="MathJax-Span-44" class="mi">n<span id="MathJax-Span-45" class="mo">−<span id="MathJax-Span-46" class="mi">f<span id="MathJax-Span-47" class="mo">)個副本節點傳送的NEW-VIEW訊息，每個NEW-VIEW訊息中包含了傳送節點上高度最高的prepareQC(如果沒有則設為空)。

Leader從收到的NewView訊息中，選取高度最高的preparedQC作為highQC。因為highQC是viewNumber最大的，所以不會有比它更高的區塊得到確認，該區塊所在的分支是安全的。

Leader節點會在highQC所在的安全分支來建立一個新的區塊，並廣播proposal，proposal中包含了新的區塊和highQC，其中highQC作為proposal的安全性驗證。

其他節點（replica）一旦收到當前View對應Leader的Proposal訊息，Replica會根據會safeNode-predicate規則檢查Proposal是否合法。如果Proposal合法，Replica會向Leader傳送一個Prepare-vote（根據自己私鑰份額對Proposal的簽名）。

由於比較的是lockedQC，因此第一輪投票可以反悔（safety判斷規則對比的是lockQC，而不是第一輪投票的結果，所以即使在上一輪針對A投了prepare票，假如A沒有commit，那麼下一輪依然可以對A’投票，所以說第一輪投票可以反悔。）

<span class="mrow"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo">precommit階段：

<span class="mrow"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo">Leader發出proposal訊息以後，等待<span class="MathJax_Preview"><span id="MathJax-Span-55" class="math"><span id="MathJax-Span-56" class="mrow"><span id="MathJax-Span-57" class="mo">(<span id="MathJax-Span-58" class="mi">n<span id="MathJax-Span-59" class="mo">−<span id="MathJax-Span-60" class="mi">f<span id="MathJax-Span-61" class="mo">)個節點對於該proposal的簽名，集齊簽名後會將這些簽名組合成一個新的簽名，以生成<em>prepare-QC</em>儲存在本地，然後將其放入PRECOMMIT訊息中廣播給Replica節點。

<span class="mrow"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><span class="MathJax_Preview"><span class="math"><span class="mrow"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo">當Replica收到Precommit訊息時，會對其簽名，然後回覆給leader。

• 在HotStuff中，一輪投票的過程，是透過replica與Leader的互動完成

  • replica收到proposal，對其簽名後，傳送給Leader
  • Leader集齊簽名（投票）後，將簽名（投票）組裝，廣播precommit訊息
  • replica收到Precommit，驗證其中籤名，驗證透過則表示第一輪投票成功。

<span class="mrow"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo">commit階段；

<span class="mrow"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo">Leader先收集(n-f)個precommit-vote，然後將其組合為precommit-QC,並將其放在COMMIT訊息中廣播。

<span class="mrow"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo">當Replica收到COMMIT訊息時，會對其簽名commit-vote，然後回覆給leader。更為重要的是，在此時，replica鎖定在precommitQC上，將本地的lockQC更新成收到的precommitQC.

<span class="mrow"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><br data-mce-bogus="1">

<span class="mrow"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo">decide階段:

<span class="mrow"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo">當Leader收到了（n-f）個commit-vote投票，將他們組合成commitQC，廣播DECIDE訊息。

<span class="mrow"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo">Replica收到DECIDE訊息中的commitQC後，認為當前proposal是一個確定的訊息，然後執行已經確定的分支上的tx。Viewnumber加1，開始新的階段。

<span class="mrow"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><br data-mce-bogus="1">

<span class="mrow"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><br data-mce-bogus="1">

<span class="mrow"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><br data-mce-bogus="1">

<span class="mrow"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo">綜上所述：hotstuff之間只有leader和replica之間的資訊傳遞，而PBFT中不同replica之間也是可以進行訊息傳遞的

<span class="mrow"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><br data-mce-bogus="1">

<span class="mrow"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo"><span class="mi"><span class="mo">chained hotstuff流程：

• 非Leader節點
  • 等待來自Leader的Proposal訊息
  • 收到Leader的Proposal訊息後，檢查訊息中的QC，更新本地的prepareQC、lockedQC等變數，發出投票
  • 向下一Leader發出NewView訊息

• Leader節點
  • 等待NewView訊息，然後發出Proposal
  • 發出Proposal後，等待其他節點的投票
  • 向下一個Leader發出NewView訊息

正常情況下，每個View中都有一個區塊產生並集齊簽名，但是情況不會總是這麼完美，有時不會有新的區塊產生。為了保持區塊高度與viewNumber的一致，hotStuff中引入了<em>Dummy block</em>的概念。假如在一個View中，不能達成共識，那麼就在為該View新增一個<em>Dummy block</em>。

lockedQC是pre-commitQC，prepareQC是prepareQC它們都在副本本地更新。

都是第二輪投票完成的時候對方案和投票進行了鎖定，防止一個副本對一個方案投兩次矛盾的票