[区块链] 拜占庭将军问题 [BFT]

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背景:

  拜占庭将军疑问报告 好多好多 人怎么让听过,但我要是我知道具体是那些意思。没有 究竟那些是拜占庭将军疑问报告 呢? 本文从最通俗的故事讲起,并对该疑问报告 进行抽象,并告诉朋友 儿拜占庭将军疑问报告 为那些在区块链领域作为有有几个 重点研究疑问报告 。

那些是拜占庭将军疑问报告 :

  “拜占庭将军疑问报告 ”也被称为“拜占庭容错”。

  拜占庭将军疑问报告 是Leslie Lamport(2013年的图灵讲得住)用来为描述分布式系统一致性疑问报告 (Distributed Consensus)在论文中抽象出来有有几个 著名的例子。

  你是什么例子大意是原本的:

  拜占庭帝国你还可不后能 进攻有有几个 强大的敌人,为此派出了10支军队去包围你是什么敌人。你是什么敌人虽不比拜占庭帝国,但也足以抵御5支常规拜占庭军队的一同袭击。这10支军队在分开的包围情况报告下一同攻击。朋友 任一支军队单独进攻都毫无胜算,除非有为宜6支军队(一半以上)一同袭击还可不后能 攻下敌国。朋友 分散在敌国的四周,依靠通信兵骑马相互通信来协商进攻意向及进攻时间。困扰那些将军的疑问报告 是,朋友 不选取朋友 中不是有叛徒,叛徒怎么让擅自变更进攻意向怎么让进攻时间。在你是什么情况报告下,拜占庭将军们还可不后能 保证有多于6支军队在同一时间一同发起进攻,从而赢取战斗? 

注:“  拜占庭将军疑问报告 中并非去考虑通信兵不是会被截获或无法传达信息等疑问报告 ,即消息传递的信道绝无疑问报告 。Lamport怎么让证明了在消息怎么让丢失的不可靠信道上试图通过消息传递的土方法达到一致性是不怎么让的。好多好多 ,在研究拜占庭将军疑问报告 的时候,怎么让假定了信道是没有 疑问报告 的。 ”


 通俗分析:

  单从后面 的说明怎么让无法理解你是什么疑问报告 的僵化 性,朋友 儿来简单分析一下:

  先看在没有 叛徒情况报告下,假如有一天有有几个 将军A提有有几个 进攻提议(如:明日下午1点进攻,你你还可不后能 加入吗?)由通信兵通信分别告诉一点的将军,怎么让幸运中的幸运,他收到了一点6位将军以上的同意,发起进攻。怎么让不幸,一点的将军也在此时发出不同的进攻提议(如:明日下午2点、3点进攻,你你还可不后能 加入吗?),怎么让时间上的差异,不同的将军收到(并认可)的进攻提议怎么让是不一样的,这是怎么让一直一直出现A提议有几个 支持者,B提议有有有几个 支持者,C提议有有有几个 支持者等等。

  上加一点僵化 性,在有叛徒情况报告下,有有几个 叛徒会向不同的将军发出不同的进攻提议(通知A明日下午1点进攻, 通知B明日下午2点进攻等等),有有几个 叛徒也会怎么让同意多个进攻提议(即同意下午1点进攻又同意下午2点进攻)。

  叛徒发送前后不一致的进攻提议,被称为“拜占庭错误”,而还可不后能 避免拜占庭错误的你是什么容错性称为「Byzantine fault tolerance」,简称为BFT。


疑问报告 抽象:

  求解拜占庭将军疑问报告 ,隐含要满足以下有有几个 条件:

  1)每个忠诚的将军需要收到相同的命令值vi(vi是第i个将军的命令)。

  2)怎么让第i个将军是忠诚的,没有 他发送的命令和每个忠诚将军收到的vi相同。

  于是,拜占庭将军疑问报告 的需要描述为:有有几个 发送命令的将军要发送有有几个 命令给其余n-有有几个 将军,使得:

  IC1.所有忠诚的接收命令的将军遵守相同的命令;

  IC2.怎么让发送命令的将军是忠诚的,没有 所有忠诚的接收命令的将军遵守所接收的命令。

  Lamport对拜占庭将军疑问报告 的研究表明,当n>3m时,即叛徒的个数m小于将军总数n的1/3时,通过口头同步通信(假设通信是可靠的),需要构造一同满足IC1和IC2的避免方案,即将军们需要达成一致的命令。但怎么让通信是可认证、防篡改伪造的(如采用PKI认证,消息签名等),则在任意多的叛徒(为宜得有有有几个 忠诚将军)的情况报告下需要找到避免方案。

  而在异步通信情况报告下,情况报告就没有 没有 乐观。Fischer-Lynch-Paterson定理证明了,假如有一天有有有几个 叛徒所处,拜占庭将军疑问报告 就无解。翻译成分布式计算语言,在有有有几个 多多程序运行 异步系统中,假如有一天有有有几个 多多程序运行 不可靠,没有 就不所处有有几个 协议,此协议能保证有限时间内使所有多多程序运行 达成一致。

  由此可见,拜占庭将军疑问报告 在有有几个 分布式系统中,是有有几个 非常有挑战性的疑问报告 。怎么让分布式系统没有 依靠同步通信,怎么让性能和传输波特率将非常低。怎么让寻找四种 实用的避免拜占庭将军疑问报告 的算法一直是分布式计算领域中的有有几个 重要疑问报告 。

在这里,朋友 儿先给出分布式计算含有关拜占庭过高 和故障的有有几个 定义:

  定义1:拜占庭过高 (Byzantine Fault):任何观察者并非同层厚看,表现出不同症状的过高 。

  定义2:拜占庭故障(Byzantine Failure):在需要共识的系统中怎么让拜占庭过高 原因丧失系统服务。 

  在分布式系统中,需要 所有的过高 或故障都能称作拜占庭过高 或故障。像死机、丢消息等过高 或故障没有 算为拜占庭过高 或故障。拜占庭过高 或故障是最严重过高 或故障,拜占庭过高 有不可预测、任意性的过高 ,累似 遭黑客破坏,中木马的服务器要是我有有几个 拜占庭服务器。

  在有有几个 有拜占庭过高 所处的分布式系统中,所有的多多程序运行 需要 有有几个 初始值。在你是什么情况报告下,共识疑问报告 (Consensus Problem),要是我要寻找有有几个 算法和协议,使得该协议满足以下有有几个 属性。

  1)一致性(Agreement):所有的非过高 多多程序运行 都需要同意同有有几个 值。

  2)正确性(Validity):怎么让所有的非过高 的多多程序运行 有相同的初始值,没有 所有非过高 的多多程序运行 所同意的值需要是我同有有几个 初始值。

  3)可时候开始英语 了了性(Termination):每个非过高 的多多程序运行 需要最终选取有有几个 值。

  根据Fischer-Lynch-Paterson的理论,在异步通信的分布式系统中,假如有一天有有有几个 拜占庭过高 的多多程序运行 ,就不怎么让找到有有几个 共识算法,可一同满足上述要求的一致性、正确性和可时候开始英语 了了性要求。在实际情况报告下,根据不同的假设条件,有好多好多 不同的共识算法被设计出来。那些算法各有优势和局限。算法的假设条件有以下几种情况报告:

  1)故障模型:非拜占庭故障/拜占庭故障。

  2)通信类型:同步/异步。

  3)通信网络连接:节点间直连数。

  4)信息发送者身份:实名/匿名。

  5)通信通道稳定性:通道可靠/不可靠。

  6)消息认证性:认证消息/非认证消息。


中本聪的避免方案:

  在一直一直出现比特币时候,避免分布式系统一致性疑问报告 主要是我Lamport提出的Paxos算法或其衍生算法。Paxos类算法仅适用于中心化的分布式系统,原本的系统的没有 不诚实的节点(时候发送虚假错误消息,但允许一直一直出现网络不通或宕机一直一直出现的消息延迟)。

  中本聪在比特币中创造性的引入了“工作量证明(POW : Proof of Work)”来避免你是什么疑问报告 ,有兴趣可进一步阅读工作量证明(猛击!)。

  通过工作量证明就增加了发送信息的成本,降低节点发送消息传输波特率,原本就以保证在有有几个 时间没有 有有几个 节点(或是很少)在进行广播,一同在广播需要附上当事人的签名。

  你是什么过程就像一位将军A在向一点的将军(B、C、D…)发起有有几个 进攻提议一样,将军B、C、D…看完将军A签过名的进攻提议书,怎么让是诚实的将军就会立刻同意进攻提议,而时候发起当事人新的进攻提议。

  以上要是我比特币网络中是单个区块(账本)达成共识的土方法(取得一致性)。

  理解了单个区块取得一致性的土方法,没有 整个区块链(总账本)怎么让达成一致也好理解。

  朋友 儿稍微把将军疑问报告 改一下:

  假设攻下有有几个 城堡需要多次的进攻,每次进攻的提议需要基于时候最多次数的胜利进攻下提出的(没有 原本敌方已有损失最大,我方进攻胜利的怎么让性就更大),原本约定时候,将军A在收到进攻提议时,就会检查一下你是什么提议是需要 基于最多的胜利提出的,怎么让需要 (基于最多的胜利)将军A就时候同意原本的提议,怎么让是的,将军A就会把这次提议记下来。这要是我比特币网络最长链选取 (猛击!)


 经济学分析

  工作量证明确实为宜提高了做叛徒(发布虚假区块)的成本,在工作量证明下,没有 第有有几个 完成证明的节点还可不后能 广播区块,竞争难度非常大,需要很高的算力,怎么让不成功其算力就硬硬耗费了(算力是需要成本的),怎么让有原本的算力作为诚实的节点,同样也需要获得很大的收益(这要是我矿工所作的工作),这也实际就时候有做叛徒的动机,整个系统也怎么让而更稳定。

  矿工挖矿获得比特币奖励以及记账所得的交易费用使得矿工更希望维护网络的正常运行,而任何破坏网络的非诚信行为需要损害矿工自身的利益。怎么让,即使一点比特币矿池具备强大的算力,它们都没有 作恶的动机,反而有动力维护比特币的正常运行,怎么让这和它们的切实利益相关。

  注:原始的拜占庭容错系统怎么让需要展示其理论上的可行性而过高 实用性另外,还需要额外的时钟同步机制支持算法的僵化 度也是随节点增加而指数级增加。实用拜占庭容错系统(PBFT)(猛击!)降低了拜占庭协议的运行僵化 度,从指数级别降低到多项式级别(Polynomial),使拜占庭协议在分布式系统中应用成为怎么让。

总结:共识算法的核心要是我避免拜占庭将军疑问报告 (分布式网络一致性疑问报告 )。


 REFERENCE

  1. Lamport L,Shostak R,Pease M.The Byzantine generals problem.ACM Trans.on Programming Languages and Systems,1982,4(3):382-401.

  2. Fischer,M.J.,Lynch,N.A.,Paterson,M.:Impossibility of distributed consensus with one faulty process.J.ACM 32(2),374-382(1985).
  3. 《区块链技术指南》邹均,张海宁,唐屹,李磊 著

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