基于可定制信息传播的拜占庭广播机制，结合布隆过滤器实现通信优化

《IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing》：Customizable Information Dispersal-Based Byzantine Broadcast with Communication Optimization Using Bloom Filters

拜占庭容错状态机复制中提出基于纠删码、布隆过滤器和误差校正的新型广播协议，在异步网络中达到理论最低通信复杂度，实验显示大消息场景下吞吐量提升两倍，且支持参数调优优化成本。

　　

摘要：

拜占庭容错状态机复制（Byzantine Fault-tolerant State Machine Replication，简称BFT SMR）对于确保区块链等高级服务的安全性至关重要，尤其是在部分节点可能出现任意故障的场景中。由于异步网络中的拜占庭容错广播（Byzantine Fault-tolerant broadcast）是BFT SMR的核心组成部分，本文研究了这种广播机制。我们提出了一种新的广播协议：节点使用擦除码（erasure codes）对大容量消息进行编码，通过布隆过滤器（Bloom filter）将这些编码后的码字汇总成一个向量，并利用纠错码（error correction codes）对该向量进行进一步编码。这种方法实现了通信复杂度的已知下界，即 O(M|n + κn^2)，其中 κ 表示抗碰撞哈希函数（collision-resistant hash function）的输出大小，n 表示节点总数。在亚马逊云环境中的性能测试表明，当节点广播的消息量大于 κn^2 时，新协议的吞吐量是现有解决方案的两倍。此外，布隆过滤器首次为广播协议提供了可定制的功能，使开发人员能够通过调整参数来降低通信成本。