随着近年来掀起的以比特币为首的数字货币浪潮,人们对于“区块链”这种分布式系统的健壮性提出了更高的要求。如何在敌手参与的情况下,解决分布式系统的一致性问题,设计出安全实用的BFT(拜占庭容错)协议,已成为当前的一大研究热点。本文分析和总结了目前BFT协议的主要研究成果,并针对PBFT和HoneyBadgerBFT两种代表性协议展开深入研究,发现如下问题:首先,协议无法实现节点的动态加入/退出。上述协议均只能运行在完全封闭的系统中,任何节点的加入/退出都需要中止整个系统的运行,并通过依次修改系统参数的方式实现,这对实际使用的高访问量系统是不可容忍。此外,协议缺乏明确的机制来判断节点的活跃程度。节点活跃与否对系统的安全性影响很大,不活跃节点与恶意节点一样,都严重威胁了系统的稳定运行。更糟糕的是,上述协议没有采取任何惩罚措施来处理恶意节点。这些恶意节点的破坏力会随着时间而增长,不断同化/控制系统中的诚实节点,最终导致系统崩溃。这些问题降低了BFT协议的实用性,亟待解决。本文综合考虑现有协议的优缺点并做出改进,取得如下成果:1.基于PBFT协议设计了一种具有动态性的BFT协议,命名为“动态PBFT协议”。该协议保留了PBFT的正常流程,以获得良好的容错性和安全性。此外,协议创新性地提出了“网络动态共识”协议来动态更新节点信息,实现了节点的动态加入/退出。与此同时,协议设计了一套完善的机制来量化节点的活跃度。通过引入“参与度”这项指标来定量分析节点的贡献,从而快速发现系统中的恶意/不活跃节点。最后,协议为恶意/不活跃节点设置了惩罚措施。这些节点一经发现,不但会被移出网络,还会进入系统黑名单,无法再次加入。通过对恶意节点的及时发现与处理,极大地提高了系统的稳定性与安全性。2.提出一种实用的动态异步BFT协议。除了针对弱同步环境设计了动态PBFT协议之外,本文还基于HoneyBadgerBFT协议做出改进,提出了适用于完全异步网络的动态BFT协议。该协议在继承原协议优秀的异步性和容错性的基础上,通过引入CA节点实现了动态性。不仅满足了节点主动更换的需求,也方便对恶意节点进行惩罚与清理。与此同时,动态异步BFT协议也设计了详细的节点甄别机制,并对发现的恶意/不活跃节点做出惩罚与清理。上述措施使得动态异步BFT协议不但拥有良好的容错性和动态性,更加强了协议的安全性和实用性。