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。
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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。
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