[区块链] 拜占庭将军问题 [BFT] (2)

  在分布式系统中,不是所有的缺陷或故障都能称作拜占庭缺陷或故障。像死机、丢消息等缺陷或故障不能算为拜占庭缺陷或故障。拜占庭缺陷或故障是最严重缺陷或故障,拜占庭缺陷有不可预测、任意性的缺陷,例如遭黑客破坏,中木马的服务器就是一个拜占庭服务器。

  在一个有拜占庭缺陷存在的分布式系统中,所有的进程都有一个初始值。在这种情况下,共识问题(Consensus Problem),就是要寻找一个算法和协议,使得该协议满足以下三个属性。

  1)一致性(Agreement):所有的非缺陷进程都必须同意同一个值。

  2)正确性(Validity):如果所有的非缺陷的进程有相同的初始值,那么所有非缺陷的进程所同意的值必须是同一个初始值。

  3)可结束性(Termination):每个非缺陷的进程必须最终确定一个值。

  根据Fischer-Lynch-Paterson的理论,在异步通信的分布式系统中,只要有一个拜占庭缺陷的进程,就不可能找到一个共识算法,可同时满足上述要求的一致性、正确性和可结束性要求。在实际情况下,根据不同的假设条件,有很多不同的共识算法被设计出来。这些算法各有优势和局限。算法的假设条件有以下几种情况:

  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。

 

中本聪的解决方案:

  在出现比特币之前,解决分布式系统一致性问题主要是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,这样的系统的没有不诚实的节点(不会发送虚假错误消息,但允许出现网络不通或宕机出现的消息延迟)。

  中本聪在比特币中创造性的引入了“工作量证明(POW : Proof of Work)”来解决这个问题,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,这样就以保证在一个时间只有一个节点(或是很少)在进行广播,同时在广播时会附上自己的签名。

  这个过程就像一位将军A在向其他的将军(B、C、D…)发起一个进攻提议一样,将军B、C、D…看到将军A签过名的进攻提议书,如果是诚实的将军就会立刻同意进攻提议,而不会发起自己新的进攻提议。

  以上就是比特币网络中是单个区块(账本)达成共识的方法(取得一致性)。

  理解了单个区块取得一致性的方法,那么整个区块链(总账本)如果达成一致也好理解。

  我们稍微把将军问题改一下:

  假设攻下一个城堡需要多次的进攻,每次进攻的提议必须基于之前最多次数的胜利进攻下提出的(只有这样敌方已有损失最大,我方进攻胜利的可能性就更大),这样约定之后,将军A在收到进攻提议时,就会检查一下这个提议是不是基于最多的胜利提出的,如果不是(基于最多的胜利)将军A就不会同意这样的提议,如果是的,将军A就会把这次提议记下来。这就是比特币网络最长链选择 (猛击!)

 经济学分析

  工作量证明其实相当于提高了做叛徒(发布虚假区块)的成本,在工作量证明下,只有第一个完成证明的节点才能广播区块,竞争难度非常大,需要很高的算力,如果不成功其算力就白白的耗费了(算力是需要成本的),如果有这样的算力作为诚实的节点,同样也可以获得很大的收益(这就是矿工所作的工作),这也实际就不会有做叛徒的动机,整个系统也因此而更稳定。

  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会损害矿工自身的利益。因此,即使有些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,因为这和它们的切实利益相关。

 

内容版权声明:除非注明,否则皆为本站原创文章。

转载注明出处:https://www.heiqu.com/zzwwsf.html