PBFT（Practical Byzantine Fault Tolerance，实用拜占庭容错算法）是一种高效的联盟链/私有链共识机制，用于在“部分节点可能作恶或失效”的情况下，依然确保整个系统能对交易顺序达成一致，且不依赖算力、也无需持币竞争。
一、什么是拜占庭将军问题？
拜占庭问题描述的是一群将军围攻城市，通过信使传递消息，但有些将军可能是叛徒，如何在这种不可信环境下达成统一行动？
在区块链中，这等同于：某些节点可能故障、造假或蓄意欺骗，我们如何还能保证系统的一致性？
二、PBFT 的核心目标
即使最多有
f个节点作恶，只要总节点数n ≥ 3f + 1，系统就能保证安全性与最终一致性。
三、PBFT 的共识流程
PBFT 是一个多轮消息投票机制，通常分为 4 个阶段：
| 阶段 | 描述 |
|---|---|
| 请求（Request） | 客户端发送交易请求给主节点（Primary） |
| 预准备（Pre-prepare） | 主节点广播请求编号给所有副本 |
| 准备（Prepare） | 所有节点确认请求一致性，并广播确认 |
| 提交（Commit） | 若超过 2f+1 节点确认，视为共识达成，执行交易 |
最终结果是：所有诚实节点对交易顺序达成完全一致。
四、PBFT 网络结构图
Client
|
[主节点]
/ | \
[副本1][副本2][副本3]
\ | /
达成共识
- 一共
n = 3f + 1节点 - 即使最多有
f个节点作恶，其余节点仍能保持一致
五、PBFT 的优缺点
优点：
| 优点 | 说明 |
|---|---|
| 快速出块 | 无需挖矿，秒级出块，TPS 高（上千） |
| 高一致性 | 所有节点最终拥有相同账本 |
| 能防作恶 | 可容忍部分节点作弊或宕机 |
| 无需代币 | 联盟链/私链可直接使用，无需激励机制 |
缺点：
| 缺点 | 说明 |
|---|---|
| 通信开销大 | 节点间需多轮通信，复杂度为 O(n²) |
| 不适合公链 | 不适用于大规模节点（适合几十个以内） |
| 节点越多越慢 | 超过100个节点效率迅速下降 |
六、PBFT 的公式安全边界
| 符号 | 含义 |
|---|---|
n |
网络中的总节点数 |
f |
允许出错的节点数 |
| 安全条件 | n ≥ 3f + 1 |
示例：
- 若最多容忍 1 个恶意节点：需至少 4 个节点；
- 若容忍 2 个：需至少 7 个节点。
七、PBFT 的实际应用场景
| 场景 | 说明 |
|---|---|
| 联盟链 | 银行、保险、政务系统之间的链 |
| 企业级区块链 | 跨公司协作链条，节点数少但稳定 |
| Hyperledger Fabric | 可配置为 PBFT 模式（或 Raft 模式） |
| 金融清算系统 | 吞吐高、延迟低、一致性要求高的链上系统 |
与其他共识机制对比
| 特性 | PBFT | PoW | PoS |
|---|---|---|---|
| 共识模式 | 投票（多轮确认） | 竞争算力 | 持币质押 |
| 是否匿名 | 否（通常是联盟链） | 是 | 是 |
| 性能 | 高，<100节点内效果最佳 | 低 | 中高 |
| 节能 | 是 | 否 | 是 |
| 容错能力 | 容忍 f 个恶意节点 |
多数算力安全 | 多数权益安全 |
八、小结
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 名称 | PBFT（实用拜占庭容错算法） |
| 类型 | 一致性投票机制（消息驱动） |
| 适用 | 联盟链、私链、企业链（10~50个节点） |
| 容错条件 | 最多容忍 f 个节点失效，需 n ≥ 3f + 1 |
| 核心优势 | 高吞吐、无挖矿、强一致性、强安全性 |
| 不适合 | 公链、大规模分布式、数百上千节点 |