HoneyBadgerBFT共识算法

HoneyBadgerBFT算法是2016年提出的针对异步网络设计的BFT共识算法。HoneyBadgerBFT算法论文的下载地址：https://eprint.iacr.org/2016/199.pdf。本文介绍HoneyBadgerBFT算法的流程，复杂度推导，以及论文实验结果。

1）算法流程

整体的算法分为三个步骤：1）每个节点交易随机选择一些交易，所有节点的总交易个数是B。每个节点的交易进行加密生成x。2）通过ACS协议将每个节点加密的交易进行广播，以及形成统一交易序列。 3）解密交易生成区块。整体的算法流程如下：

2）TPKE加解密算法

TPKE，threshold public key encryption，加解密算法，一个公钥，多份私钥。通过TPKE加密后的数据需要多份子秘钥才能解密。

TPKE.Setup创建公钥PK和若干个子秘钥SKi。TPKE.Enc用PK对m进行加密，加密结果是C。TPKE.DecShare用单个子秘钥解密得到中间结果。TPKE.Dec用若干个中间结果解密得到m。

3）ACS协议

ACS - Asynchronous Common Subset。ACS协议又由两个协议组成：RBC协议和BA协议。ACS协议的主要功能是通过RBC协议广播交易，再通过BA协议形成一致的列表。网络节点间的数据共识的基础是RBC协议。

4）RBC协议

RBC，reliable broadcast协议。RBC协议通过纠删码算法降低节点间的数据传输。两次广播（ECHO以及READY消息）后，网络节点间可以形成共识。RBC的算法如下：

RBC算法的精髓是充分利用所有节点间的网络带宽。广播发起者P，将需要广播的数据（区块），通过纠删码算法分割成N份（其中有2f份是冗余），分发给N个节点。节点之间利用它们自己的网络带宽，广播这些分割后数据。这样做的好处是降低了广播发起者P的网络带宽，充分利用所有节点的网络带宽，示意如下图：

上图中，广播发起者先向三个网络节点A，B和C广播纠删码算法生成的分割后的小区块。网络节点A，B和C在接收到小区块数据后，广播给其他节点。任何节点只要收到超过一定数量的小区块就可以恢复出原始区块。

5）复杂度以及实验数据

论文指出HoneyBadgerBFT算法的总的数据传输的复杂度:

其中，v是单节点上最大数据大小。推导方法如下图所示：

因为一次传输实现B个交易（N^N*LogN)，一个交易的传输量的复杂度可以近似为O(N)。论文在Amazon集群上模拟节点，对比了HoneyBadgerBFT和PBFT的性能，如下图：

简单的说，在网络节点少的情况下（比如，8节点），HoneyBadgerBFT性能稍逊PBFT算法。但是在网络节点变多的情况下，HoneyBadgerBFT算法的性能几乎不变，而PBFT算法的性能显著下降。

总结

：HoneyBadgerBFT是针对异步网络设计的共识算法。HoneyBadgerBFT算法，让网络节点同时广播交易，其核心是RBC广播协议。RBC广播协议的主要思想是，使用纠删码算法降低节点间的数据传输量，并通过BA算法形成一致的交易列表。论文指出HoneyBadgerBFT算法的复杂度是O(N)，在网络节点少的情况下（比如，8节点），HoneyBadgerBFT性能稍逊PBFT算法。但是在网络节点变多的情况下，HoneyBadgerBFT算法的性能几乎不变，而PBFT算法的性能显著下降。