[区块链] 拜占庭将军问题 [BFT]

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背景:

  拜占庭将军哪些地方的间题好多好多 人原因分析分析着听过,但真不知道具体是哪些地方意思。不在 究竟哪些地方是拜占庭将军哪些地方的间题呢? 本文从最通俗的故事讲起,并对该哪些地方的间题进行抽象,并告诉有些人拜占庭将军哪些地方的间题为哪些地方在区块链领域作为另另有十个 重点研究哪些地方的间题。

哪些地方是拜占庭将军哪些地方的间题:

  “拜占庭将军哪些地方的间题”也被称为“拜占庭容错”。

  拜占庭将军哪些地方的间题是Leslie Lamport(2013年的图灵讲得住)用来为描述分布式系统一致性哪些地方的间题(Distributed Consensus)在论文中抽象出来另另有十个 著名的例子。

  你這個 例子大意是原来的:

  拜占庭帝国要我进攻另另有十个 强大的敌人,为此派出了10支军队去包围你這個 敌人。你這個 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同時 袭击。这10支军队在分开的包围请况下同時 攻击。有些人任一支军队单独进攻都毫无胜算,除非有离米 6支军队(一半以上)同時 袭击也能攻下敌国。有些人分散在敌国的四周,依靠通信兵骑马相互通信来协商进攻意向及进攻时间。困扰哪些地方地方将军的哪些地方的间题是,有些人不挑选有些人中是是是否叛徒,叛徒原因分析分析着擅自变更进攻意向原因分析分析着进攻时间。在你這個 请况下,拜占庭将军们也能保证有多于6支军队在同一时间同時 发起进攻,从而赢取战斗? 

注:“  拜占庭将军哪些地方的间题中无须去考虑通信兵是是否会被截获或无法传达信息等哪些地方的间题,即消息传递的信道绝无哪些地方的间题。Lamport原因分析分析着证明了在消息原因分析分析着丢失的不可靠信道上试图通过消息传递的土法律土办法达到一致性是不原因分析分析着的。好多好多 ,在研究拜占庭将军哪些地方的间题的前一天,原因分析分析着假定了信道是没哪些地方地方的间题的。 ”


 通俗分析:

  单从上方的说明原因分析分析着无法理解你這個 哪些地方的间题的复杂性性,有些人来简单分析一下:

  先看在不在 叛徒请况下,假如另另有十个 将军A提另另有十个 进攻提议(如:明日下午1点进攻,要我我加入吗?)由通信兵通信分别告诉有些的将军,原因分析分析着幸运中的幸运,他收到了有些6位将军以上的同意,发起进攻。原因分析分析着不幸,有些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,要我我加入吗?),原因分析分析着时间上的差异,不同的将军收到(并认可)的进攻提议原因分析分析着是不一样的,这原因分析分析着总出 A提议有十个 支持者,B提议有另另有十个 支持者,C提议有另另有十个 支持者等等。

  去掉 有些复杂性性,在有叛徒请况下,另另有十个 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),另另有十个 叛徒也会原因分析分析着同意多个进攻提议(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”,而也能正确处理拜占庭错误的你這個 容错性称为「Byzantine fault tolerance」,简称为BFT。


哪些地方的间题抽象:

  求解拜占庭将军哪些地方的间题,隐含要满足以下另另有十个 条件:

  1)每个忠诚的将军都也能收到相同的命令值vi(vi是第i个将军的命令)。

  2)原因分析分析着第i个将军是忠诚的,不在 他发送的命令和每个忠诚将军收到的vi相同。

  于是,拜占庭将军哪些地方的间题的都也能 描述为:另另有十个 发送命令的将军要发送另另有十个 命令给其余n-另另有十个 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.原因分析分析着发送命令的将军是忠诚的,不在 所有忠诚的接收命令的将军遵守所接收的命令。

  Lamport对拜占庭将军哪些地方的间题的研究表明,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),都也能 构造同時 满足IC1和IC2的正确处理方案,即将军们都也能 达成一致的命令。但原因分析分析着通信是可认证、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(离米 得有另另有十个 忠诚将军)的请况下都都也能 找到正确处理方案。

  而在异步通信请况下,请况就不在 不在 乐观。Fischer-Lynch-Paterson定理证明了,假如有另另有十个 叛徒位于,拜占庭将军哪些地方的间题就无解。翻译成分布式计算语言,在另另另有十个 程序运行池池异步系统中,假如有另另有十个 程序运行池池不可靠,不在 就不位于另另有十个 协议,此协议能保证有限时间内使所有程序运行池池达成一致。

  由此可见,拜占庭将军哪些地方的间题在另另有十个 分布式系统中,是另另有十个 非常有挑战性的哪些地方的间题。原因分析分析着分布式系统只能依靠同步通信,但会 性能和传输速率将非常低。但会 寻找有一种实用的正确处理拜占庭将军哪些地方的间题的算法老要是分布式计算领域中的另另有十个 重要哪些地方的间题。

在这里,有些人先给出分布式计算含有关拜占庭欠缺和故障的另另有十个 定义:

  定义1:拜占庭欠缺(Byzantine Fault):任何观察者无须同淬硬层 看,表现出不同症状的欠缺。

  定义2:拜占庭故障(Byzantine Failure):在都也能共识的系统中原因分析分析着拜占庭欠缺原因分析分析丧失系统服务。 

  在分布式系统中,都也能所有的欠缺或故障都能称作拜占庭欠缺或故障。像死机、丢消息等欠缺或故障只能算为拜占庭欠缺或故障。拜占庭欠缺或故障是最严重欠缺或故障,拜占庭欠缺有不可预测、任意性的欠缺,這個 遭黑客破坏,中木马的服务器好多好多 另另有十个 拜占庭服务器。

  在另另有十个 有拜占庭欠缺位于的分布式系统中,所有的程序运行池池都也能另另有十个 初始值。在你這個 请况下,共识哪些地方的间题(Consensus Problem),好多好多 要寻找另另有十个 算法和协议,使得该协议满足以下另另有十个 属性。

  1)一致性(Agreement):所有的非欠缺程序运行池池都都也能同意同另另有十个 值。

  2)正确性(Validity):原因分析分析着所有的非欠缺的程序运行池池有相同的初始值,不在 所有非欠缺的程序运行池池所同意的值都也能是同另另有十个 初始值。

  3)可开始英文英文性(Termination):每个非欠缺的程序运行池池都也能最终挑选另另有十个 值。

  根据Fischer-Lynch-Paterson的理论,在异步通信的分布式系统中,假如有另另有十个 拜占庭欠缺的程序运行池池,就不原因分析分析着找到另另有十个 共识算法,可同時 满足上述要求的一致性、正确性和可开始英文英文性要求。在实际请况下,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。哪些地方地方算法各有优势和局限。算法的假设条件有以下几种请况:

  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。


中本聪的正确处理方案:

  在总出 比特币前一天,正确处理分布式系统一致性哪些地方的间题主好多好多 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,原来的系统的不在 不诚实的节点(无需发送虚假错误消息,但允许总出 网络不通或宕机总出 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)”来正确处理你這個 哪些地方的间题,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速率,原来就以保证在另另有十个 时间只能另另有十个 节点(或是很少)在进行广播,同時 在广播都也能附上另一方的签名。

  你這個 过程就像一位将军A在向有些的将军(B、C、D…)发起另另有十个 进攻提议一样,将军B、C、D…看到将军A签过名的进攻提议书,原因分析分析着是诚实的将军就会立刻同意进攻提议,而无需发起另一方新的进攻提议。

  以上好多好多 比特币网络中是单个区块(账本)达成共识的土法律土办法(取得一致性)。

  理解了单个区块取得一致性的土法律土办法,不在 整个区块链(总账本)原因分析分析着达成一致也好理解。

  有些人稍微把将军哪些地方的间题改一下:

  假设攻下另另有十个 城堡都也能多次的进攻,每次进攻的提议都也能基于前一天最多次数的胜利进攻下提出的(只能原来敌方已有损失最大,我方进攻胜利的原因分析分析着性就更大),原来约定前一天,将军A在收到进攻提议时,就会检查一下你這個 提议是都也能基于最多的胜利提出的,原因分析分析着都也能(基于最多的胜利)将军A就无需同意原来的提议,原因分析分析着是的,将军A就会把这次提议记下来。这好多好多 比特币网络最长链挑选 (猛击!)


 经济学分析

  工作量证明其实离米 提高了做叛徒(发布虚假区块)的成本,在工作量证明下,只能第另另有十个 完成证明的节点也能广播区块,竞争难度非常大,都也能很高的算力,原因分析分析着不成功其算力就白白的耗费了(算力是都也能成本的),原因分析分析着有原来的算力作为诚实的节点,同样也都也能 获得很大的收益(这好多好多 矿工所作的工作),这也实际就无需有做叛徒的动机,整个系统也但会 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都也能损害矿工自身的利益。但会 ,即使有些比特币矿池具备强大的算力,它们都不在 作恶的动机,反而有动力维护比特币的正常运行,原因分析分析着这和它们的切实利益相关。

  注:原始的拜占庭容错系统原因分析分析着都也能展示其理论上的可行性而欠缺实用性另外,还都也能额外的时钟同步机制支持算法的复杂性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复杂性度,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原因分析分析着。

总结:共识算法的核心好多好多 正确处理拜占庭将军哪些地方的间题(分布式网络一致性哪些地方的间题)。


 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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