LibraBFT算法的概念和基本工作流程解析

一、LibraBFT算法简介

基本概念：

1. SMR（State Machine Replication）：在计算机领域，SMR是在网络中不同副本间进行状态复制的一种协议。

2. Safety： 简单地理解就是共识的一致性保证，即诚实的节点能够达到状态一致；

3. Liveness： 简单地理解为区块链网络的可用性，类似于分布式系统中的分区可用性；

4. Epochs，实际的应用中，参与协议的节点的状态是随着时间而发展的，LibraBFT中通过epoch来支持这种状态更迭。

a. 每个epoch都是基于他的前一个epoch发展的。或者基于一个系统定义的初始epoch；

b. 每个epoch有一个唯一的epochid所标识；

c. 每当一个新的epochid被提交，当前这个epoch会结束，下一个epoch会开始；

5. LibraBFT假设网络是一个有全局稳定时间（GST），并且最大延时（ΔT）可控的 Partial Synchrony的网络；

6. LibraBFT假设非拜占庭节点一定会按照协议履行职责并且能保证可用。

7. Records，LibraBFT的状态是由一系列records组成的。主要包括四种，blocks、votes、quorum certificates（QCs）和 timeouts。

基本流程：

当一个节点被选择成主时，它会执行下面3个步骤：

第一，打包第n+1个区块Bn+1，并追加在最新的QC之上；

第二，将这个区块广播Bn+1给所有验证节点，诚实的验证节点会验证区块并返回投票信息给主节点。

第三，在没有bug的前提下，诚实节点会执行Bn+1。并且主节点在收集到足够的投票后会为这个区块发起一个QCn+1，并且广播。

经过上述一个周期的过程，链的长度会增长，变成h（init）← B1←C1.。. Bn+1←Cn+1。并且旧的leader会结束任期，新的leader会被选举出来并进行新一轮的区块打包。

二、Libra共识源码结构和子模块功能

Libra共识模块代码主要在 consensus 包中，它定义了Libra共识的抽象接口及其具体实现。目前Libra团队只实现了LibraBFT。consensus包是一个独立的可编译的单元，编译后生成一个库。其代码目录结构和各层级的模块的主要功能如下所示：

· consensus包目录结构如下：

· consensus包中各层级中定义的模块如下，如下所示：

三、Libra共识源码走读

1. Libra程序入口

Libra代码的入口在 。/libra_node/src/main.rs中，启动服务主流程的代码在 。/libra_node/src/main_node.rs，

上述NodeConfig是节点的配置，共识相关的配置在其之中，在 。/config/src/config.rs 中 ConsensusConfig结构中定义。

2. 共识模块初始化

初始化的代码在 。/consensus/src/consensus_provider.rs 中，该函数返回了一个 ChainedBftProvider 实例，该实例就是LibraBFT实例：

ChainedBftProvider 定义在 。/consensus/src/chained_bft/chained_bft_consensus_provider.rs 中，他有四个成员变量，分别是状态副本实例以及其余各个其他模块交互的客户端。

ChainedBftProvider 的new方法定义了其实例初始化的过程，

至此，共识实例初始化完毕~

3. 共识模块启动&运行流程

前面已经介绍完了共识模块初始化的过程，接下来我们看一下共识服务具体是如何运作的。LibraBFT服务启动函数是 ChainedBftProvider.start（）。它实现了Libra共识的通用接口 ConsensusProvider，该接口定义在 。/consensus/src/consensus_provider.rs 中。ChainedBftProvider.start（）的主要是启动smr，代码如下：

上述提到的 smr 是一个ChainedBftSMR的实例，ChainedBftSMR是libra StateMachineReplication接口的具体实现，ChainedBftSMR.start（）是启动smr的完整流程。主要包括3个阶段，第一步：首先会同步到网络中的最新状态；第二步：初始化 block_store、proposal_generator、safety_rules、pacemaker、event_processor等；第三步：启动事件处理handler。

四、共识模块整体流程图

通过前面的介绍和代码走读，相信大家应该对libra共识的整体流程有一个比较清晰的认识了，接下来用一个流程图，帮助大家更加直观过整个流程。