超90％容错共识算法，如何实现？
2019年1月17日，北大软微-八分量协同创新实验室展开第9期学术沙龙讨论活动。北京大学沈晴霓老师，杨雅辉老师、方跃坚老师以及多位北大的博士生，硕士生与Trias资深系统研发胡志琳就共识算法和容错机制问题做了探讨。
有一种说法是，共识算法就是区块链网络中的法律。它决定了谁有出块的权力和谁获得出块的奖励。然而，不同的共识算法，其效率速度，能耗高低，容错机制都不尽相同，什么才是合理的共识算法呢？本周，资深系统研发胡志琳博士带来了他的见解。
先简要回顾一下共识算法相关。目前共识算法主要可以分为两类：同步共识算法和异步共识算法。同步共识算法相对比较简单，它指的是在一定时间内收集共识消息，只要“好”节点过半即可顺利达成共识，如POW算法。而异步共识算法，（比如PBFT）不需要明确的时间同步，但对“坏”节点的容错度较低，常规的拜占庭类共识算法的容错能力通常不超过33%。
关于拜占庭容错，在1981年Lamport提出了《The Byzantine Generals Problem》一文中，对拜占庭将军问题的两种解决办法做出了解读。
①口头消息，即OM(m)协议。在弱同步的假设下实现了多项式级的复杂度PBFT，也就是所谓的最多有1/3容错节点数量的理论上限。
②签名消息，即SM(m)协议。与口头协议相比，所有的消息都是有记录的，这样就解决了追根溯源的问题。已经证明这种协议下可对任意多个节点实现容错，即容错率逼近100%。此类算法的应用约束为同步网络。
有了上述背景，我们再简要介绍一下Trias超级节点的由来。Trias上的节点都要具备TEE环境，并通过一个叫做“上帝掷骰子”的游戏。这样一来，每一个节点的可信度时时刻刻都处在动态的监测中，通过一定周期颁发的天榜，选取出排名最高且安全的节点作为超级节点。
理论上说，超级节点的可信度是很高的，但并不排除超级节点临时被恶意攻击，或为牟利而说谎的可能。那如何进一步保证超级节点呢？这就要通过在超级节点集合上运行共识算法来做文章了。
根据Trias的优化方案（称之为KeepBFT方法），首先，在选择超级节点集合时，冗余一定的节点数。当出现问题节点时，直接选取替补节点，以保持线上正常的可信超级节点数目。
此外，Trias在去中心化的签名确认方案的基础上，将一部分超级节点赋予了新的功能，被称为观察层，也可称之为共识确认层，观察层由多个Paxos状态机观察节点和一个AI决策模块组成。所有观察层节点始终保持在线，接受链上所有的提案信息。
正常情况下，共识确认层和其他超级节点一起进行日常工作。但是当部分节点遭到攻击时，观察层就可以分析出谁是“好”节点，并将他们选取出来达成共识。恶意节点的提案剔除，并在此轮有效期内发送给所有的超级节点。
即使恶意节点的数量非常多，整个系统仍然能够可靠地实现共识的高容错，即忠实节点仍然能够取得有效的共识。基于TRIAS天榜所遴选的超级节点和确认层共同作出的保障，其共识容错能力达到90%以上，乃至逼近100%。
