[区块链] 拜占庭将军问题 [BFT]

  • 时间:
  • 浏览:2
  • 来源:幸运快3_快3下载app送28_幸运快3下载app送28

背景:

  拜占庭将军什么的问题什么都人们有后后我 听过,但他不知道具体是什么意思。必须 究竟什么是拜占庭将军什么的问题呢? 本文从最通俗的故事讲起,并对该什么的问题进行抽象,并告诉亲戚亲戚朋友拜占庭将军什么的问题缘何在区块链领域作为另一一俩个多多 重点研究什么的问题。

什么是拜占庭将军什么的问题:

  “拜占庭将军什么的问题”也被称为“拜占庭容错”。

  拜占庭将军什么的问题是Leslie Lamport(2013年的图灵讲得住)用来为描述分布式系统一致性什么的问题(Distributed Consensus)在论文中抽象出来另一一俩个多多 著名的例子。

  這個例子大意是必须 的:

  拜占庭帝国随后进攻另一一俩个多多 强大的敌人,为此派出了10支军队去包围這個敌人。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去袭击。这10支军队在分开的包围情况报告下同去攻击。亲戚亲戚朋友任一支军队单独进攻都毫无胜算,除非有要花费6支军队(一半以上)同去袭击并能攻下敌国。亲戚亲戚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。困扰什么将军的什么的问题是,亲戚亲戚朋友不挑选亲戚亲戚朋友中与不是叛徒,叛徒有后后我 擅自变更进攻意向有后后我 进攻时间。在這個情况报告下,拜占庭将军们并能保证有多于6支军队在同一时间同去发起进攻,从而赢取战斗? 

注:“  拜占庭将军什么的问题中不须去考虑通信兵不是会被截获或无法传达信息等什么的问题,即消息传递的信道绝无什么的问题。Lamport有后后我 证明了在消息有后后我 丢失的不可靠信道上试图通过消息传递的最好的措施达到一致性是不有后后我 的。什么都有,在研究拜占庭将军什么的问题的后后,有后后我 假定了信道是必须 什么的问题的。 ”


 通俗分析:

  单从顶端的说明有后后我 无法理解這個什么的问题的复杂,亲戚亲戚朋友来简单分析一下:

  先看在必须 叛徒情况报告下,有后后我我另一一俩个多多 将军A提另一一俩个多多 进攻提议(如:明日下午1点进攻,你随后加入吗?)由通信兵通信分别告诉其他的将军,有后后我 幸运中的幸运,他收到了其他6位将军以上的同意,发起进攻。有后后我 不幸,其他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,你随后加入吗?),有后后我 时间上的差异,不同的将军收到(并认可)的进攻提议有后后我 是不一样的,这是有后后我 再次跳出A提议有一俩个支持者,B提议另一一俩个多多多 支持者,C提议另一一俩个多多多 支持者等等。

  去掉 其他复杂,在有叛徒情况报告下,另一一俩个多多 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),另一一俩个多多 叛徒也会有后后我 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”,而并能外理拜占庭错误的這個容错性称为「Byzantine fault tolerance」,简称为BFT。


什么的问题抽象:

  求解拜占庭将军什么的问题,隐含要满足以下另一一俩个多多 条件:

  1)每个忠诚的将军都要收到相同的命令值vi(vi是第i个将军的命令)。

  2)有后后我 第i个将军是忠诚的,必须 他发送的命令和每个忠诚将军收到的vi相同。

  于是,拜占庭将军什么的问题的能必须描述为:另一一俩个多多 发送命令的将军要发送另一一俩个多多 命令给其余n-另一一俩个多多 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.有后后我 发送命令的将军是忠诚的,必须 所有忠诚的接收命令的将军遵守所接收的命令。

  Lamport对拜占庭将军什么的问题的研究表明,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),能必须构造同去满足IC1和IC2的外理方案,即将军们能必须达成一致的命令。但有后后我 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(要花费得另一一俩个多多多 忠诚将军)的情况报告下都能必须找到外理方案。

  而在异步通信情况报告下,情况报告就必须 必须 乐观。Fischer-Lynch-Paterson定理证明了,有后后我另一一俩个多多多 叛徒处在,拜占庭将军什么的问题就无解。翻译成分布式计算语言,在另一一俩个多多 多应用程序异步系统中,有后后我另一一俩个多多多 应用程序不可靠,必须 就不处在另一一俩个多多 协议,此协议能保证有限时间内使所有应用程序达成一致。

  由此可见,拜占庭将军什么的问题在另一一俩个多多 分布式系统中,是另一一俩个多多 非常有挑战性的什么的问题。有后后我 分布式系统必须依靠同步通信,有后后我 性能和速率单位将非常低。有后后我 寻找两种实用的外理拜占庭将军什么的问题的算法经常是分布式计算领域中的另一一俩个多多 重要什么的问题。

在这里,亲戚亲戚朋友先给出分布式计算富含关拜占庭严重不足和故障的另一一俩个多多 定义:

  定义1:拜占庭严重不足(Byzantine Fault):任何观察者不须同深度看,表现出不同症状的严重不足。

  定义2:拜占庭故障(Byzantine Failure):在都要共识的系统富含后后我 拜占庭严重不足原因分析 丧失系统服务。 

  在分布式系统中,都有所有的严重不足或故障都能称作拜占庭严重不足或故障。像死机、丢消息等严重不足或故障必须算为拜占庭严重不足或故障。拜占庭严重不足或故障是最严重严重不足或故障,拜占庭严重不足有不可预测、任意性的严重不足,类似 遭黑客破坏,中木马的服务器本来另一一俩个多多 拜占庭服务器。

  在另一一俩个多多 有拜占庭严重不足处在的分布式系统中,所有的应用程序都有另一一俩个多多 初始值。在這個情况报告下,共识什么的问题(Consensus Problem),本来要寻找另一一俩个多多 算法和协议,使得该协议满足以下另一一俩个多多 属性。

  1)一致性(Agreement):所有的非严重不足应用程序都都要同意同另一一俩个多多 值。

  2)正确性(Validity):有后后我 所有的非严重不足的应用程序有相同的初始值,必须 所有非严重不足的应用程序所同意的值都本来同另一一俩个多多 初始值。

  3)可后后开始英语 性(Termination):每个非严重不足的应用程序都要最终挑选另一一俩个多多 值。

  根据Fischer-Lynch-Paterson的理论,在异步通信的分布式系统中,有后后我另一一俩个多多多 拜占庭严重不足的应用程序,就不有后后我 找到另一一俩个多多 共识算法,可同去满足上述要求的一致性、正确性和可后后开始英语 性要求。在实际情况报告下,根据不同的假设条件,有什么都有不同的共识算法被设计出来。什么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。


中本聪的外理方案:

  在再次跳出比特币后后,外理分布式系统一致性什么的问题主本来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,必须 的系统的必须 不诚实的节点(前会发送虚假错误消息,但允许再次跳出网络不通或宕机再次跳出的消息延迟)。

  中本聪在比特币中创造性的引入了“工作量证明(POW : Proof of Work)”来外理這個什么的问题,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,降低节点发送消息速率单位,必须 就以保证在另一一俩个多多 时间只另一一俩个多多多 节点(或是很少)在进行广播,同去在广播前会附上我本人的签名。

  這個过程就像一位将军A在向其他的将军(B、C、D…)发起另一一俩个多多 进攻提议一样,将军B、C、D…看一遍将军A签过名的进攻提议书,有后后我 是诚实的将军就会立刻同意进攻提议,而前会发起我本人新的进攻提议。

  以上本来比特币网络中是单个区块(账本)达成共识的最好的措施(取得一致性)。

  理解了单个区块取得一致性的最好的措施,必须 整个区块链(总账本)有后后我 达成一致也好理解。

  亲戚亲戚朋友稍微把将军什么的问题改一下:

  假设攻下另一一俩个多多 城堡都要多次的进攻,每次进攻的提议都要基于后后最多次数的胜利进攻下提出的(必须必须 敌方已有损失最大,我方进攻胜利的有后后我 性就更大),必须 约定后后,将军A在收到进攻提议时,就会检查一下這個提议是都有基于最多的胜利提出的,有后后我 都有(基于最多的胜利)将军A就前会同意必须 的提议,有后后我 是的,将军A就会把这次提议记下来。这本来比特币网络最长链挑选 (猛击!)


 经济学分析

  工作量证明虽然要花费提高了做叛徒(发布虚假区块)的成本,在工作量证明下,必须第另一一俩个多多 完成证明的节点并能广播区块,竞争难度非常大,都要很高的算力,有后后我 不成功其算力就硬块耗费了(算力是都要成本的),有后后我 有必须 的算力作为诚实的节点,同样并能必须获得很大的收益(这本来矿工所作的工作),这也实际就前会有做叛徒的动机,整个系统也有后后我 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前会损害矿工自身的利益。有后后我 ,即使其他比特币矿池具备强大的算力,它们都必须 作恶的动机,反而有动力维护比特币的正常运行,有后后我 这和它们的切实利益相关。

  注:原始的拜占庭容错系统有后后我 都要展示其理论上的可行性而严重不足实用性另外,还都要额外的时钟同步机制支持算法的复杂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有后后我 。

总结:共识算法的核心本来外理拜占庭将军什么的问题(分布式网络一致性什么的问题)。


 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

【时间仓促,如有错误,欢迎指正! ||   欢迎留下您的评语!  亲戚亲戚朋友同去探讨、学习区块链!】

【转载请注明出处!http://www.cnblogs.com/X-knight/