PDBFT共识算法

早期的公有链系统大多采用基于工作量证明（POW，proof of work）的共识机制，在这种机制下，硬件性能直接决定算力，也就是能成功生成区块的能力。基于POW的共识算法， 一方面会消耗大量算力，导致TPS不高，通常Bitcon的TPS为3-7。另一方面POW算法存在分叉的可能，例如50%攻击，这就使得用户需要等待较多的区块防止攻击。

为了克服上述问题，PCHAIN采用了全新的基于权益证明的PDBFT共识机制。在PDBFT中，每个validator需要预先抵押一定数量的代币（token）获得相应的投票权，然后通过投票达成共识以产生新的区块。相比雨联盟链较为安全的网络环境，公链中的validator更容易被攻击或者主动作恶，被称之为拜占庭节点，从而在行为上表现出更多的不确定性，比如，提出非法的区块，故意投反对票，给不同的节点发送不同的投票，甚至所有的拜占庭节点联合作恶等。这些行为都会影响到区块链网络的共识，对公链是不小的挑战。目前整个业界大都采用基于PBFT的改进算法以提升系统的性能， 如Hyperledger fabric 0.6、IstanbulBFT和Tendermint等。虽然PBFT协议能够解决拜占庭容错的问题，但是存在以下问题制约着它在大规模公链中的应用：

1、PBFT假设ValidatorSet是不变的，但在公链中，validator应该能够较为自由地加入和退出。

2、PBFT不会主动更换leader，只有发生超时才会进入换主机制。一方面leader更容易被攻击，另一方面leader可以进行选择打包，使得某些交易一直无法得到执行。

3、PBFT中，所有validator的投票都需要广播给所有节点，因此整体的通信开销是O(n2)，这就极大限制了其在更大规模中网络中的应用。

PCHAIN团队经过长期研究和开发，提出了全新的共识协议-PDBFT，成功解决以上问题，使其更适合于大规模公链应用，主要特点包括如下方面：

1、定期更换ValidatorSet。使得validator能够较为自由的加入和退出，每个validator都可以选择是否参与下一个Epoch的ValidatorSet竞选，然后通过共识确定下一个Epoch的所有validator。新的ValidatorSet在当前Epoch结束后生效。

2、主动更换leader，使得针对leader的攻击变得更加困难。 PDBFT每一轮共识后，无论是否达成共识产生区块，都会更换leader。新一轮共识的leader由上一个区块的共识信息随机产生，且能够被其他validator验证。由于新的leader的产生仅仅依赖于前一个区块的共识和当前共识状态，因此没有节点提前获知下一个leader，使得攻击成功的概率大大降低。

3、将投票的通讯总量由O(n2)降低至O(n)。不同于全网广播投票，每个validator将投票发给当前的leader，leader收到 2f+1的投票后，通过聚合签名算法将其进行聚合。聚合后的签名的体积于单个签名相同，且各validator通过验证该聚合签名即可确认2f+1节点已经正确投票。Leader最后将聚合广播给所有validator，至此即可将协议的通信开销压缩至O(n)， 从而大大提高了协议的扩展性，使得大规模应用成为可能。