PBFT的三个阶段详解及系统正确性和安全性保证

预准备（Pre-Prepare）

在PBFT协议中，预准备阶段是视图领导者发起的。当领导者收到了足够的客户端请求后，它会为每个请求生成一个预准备消息，该消息包含了请求者的序列号、请求详情以及领导者自身的签名。预准备消息会广播给所有的副本（包括领导者自己）。这一阶段的主要作用是将最新的请求信息同步给所有参与的副本，确保了所有副本都能接收到当前视图下的最新请求，为后续阶段做好准备。

准备（Prepare）

一旦副本接收到预准备消息，它会验证消息的正确性，具体包括检查请求的格式、领导者签名以及请求是否已经包含在副本的确认列表中。如果验证通过，副本会生成一个准备消息，该消息包含了预准备消息中的序列号、副本编号以及副本的签名。准备消息同样会被广播给所有的副本。每个副本在接收到一定数量（大于2f，f为系统允许的最大拜占庭故障副本数）的准备消息后会记录下来，这些消息称为准备证书。准备阶段的目的在于验证预准备消息的正确性并达成一致意见，确保所有诚实的副本对相同请求有了相同的认知。

提交（Commit）

副本接收到准备消息后，如果能形成一个包含大于2f个副本的签名的准备证书，则会发送一个提交消息。提交消息同样包含了消息编号、副本编号和副本签名。当副本接收到一个包含大于2f个副本的提交消息时，它会认为该请求已被确认，可以应用于本地状态机。提交阶段确保了所有诚实副本最终都能对同一请求达成一致，保证了分布式系统的最终一致性。

系统正确性和安全性

1. 正确性：通过三个阶段的设计，PBFT能够保证即使在副本间存在拜占庭故障的情况下，所有诚实的副本仍能就请求的顺序和执行结果达成一致。预准备阶段确保了请求的广泛传播；准备阶段通过副本间的投票机制排除了无效或恶意的请求；提交阶段则进一步确认了大多数副本的认可，确保了最终的一致性。
2. 安全性：PBFT的安全性来源于其对拜占庭故障的耐受。通过要求在准备和提交阶段至少需要2f+1副本的认可，即使f个副本行为异常，协议仍能正常运行。此外，每个消息都包含了发送者的数字签名，这有效防止了伪造和篡改。

总之，PBFT通过精心设计的三阶段流程，不仅确保了分布式系统的高效运行，还保证了在存在恶意参与者时系统的一致性和安全性。