Объяснение византийской устойчивости к ошибкам

Я всегда был очарован концепцией отказоустойчивости Byzantine. С момента появления Биткойна в 2008 году как системы денежного обмена равный-равному, я наблюдал за множеством криптовалют, каждая из которых имеет свои собственные механизмы. Но почти все они разделяют один основной элемент: блокчейн.

Блокчейны намеренно разработаны для того, чтобы быть децентрализованными, функционируя как цифровой реестр, поддерживаемый распределенной сетью вычислительных узлов. Эта технология позволила создать экономические системы без доверия, где финансовые транзакции могут выполняться прозрачным и надежным образом без посредников. Криптовалюты стали жизнеспособной альтернативой традиционным банковским системам, которые так сильно зависят от доверия - и, честно говоря, кто еще доверяет банкам?

Как и в большинстве распределённых компьютерных систем, участники криптосети должны регулярно согласовывать текущее состояние блокчейна - это называется консенсусом. Но достичь этого консенсуса в распределённой среде безопасно и эффективно? Это далеко не просто!

Итак, как распределенная сеть узлов может прийти к соглашению, если некоторые узлы могут выйти из строя или действовать недобросовестно? Это основной вопрос знаменитой проблемы византийских генералов, который дал начало концепции отказоустойчивости Byzantine.

Проблема византийских генералов

Этот логический дилемма была придумана в 1982 году, чтобы проиллюстрировать, как группа византийских генералов может столкнуться с проблемами коммуникации, когда они пытаются согласовать свои следующие действия.

Дилемма предполагает, что каждый генерал располагает своей армией и что каждая группа находится в разных местах вокруг города, который они хотят атаковать. Генералы должны договориться либо о нападении, либо о отступлении. Не имеет значения, какое действие выбрано, пока все генералы достигают консенсуса для выполнения действия скоординированным образом.

Рассмотрим, таким образом, эти требования:

• Каждый генерал должен решить: атаковать или отступить
• Один раз принятое решение невозможно изменить
• Все генералы должны согласовать одно и то же решение для его синхронного выполнения

Центральная проблема? Генерал может общаться с другим только через посланников. И эти сообщения могут быть задержаны, уничтожены или потеряны.

Худшее то, что даже если сообщение доставлено правильно, один или несколько генералов могут решить действовать злонамеренно и отправить мошенническое сообщение, чтобы посеять путаницу.

В контексте блокчейна каждый генерал представляет собой узел сети, и узлы должны достичь консенсуса по текущему состоянию системы. Иными словами, большинство участников распределенной сети должно согласиться и выполнить одно и то же действие, чтобы избежать полного сбоя.

Единственный способ достичь этого консенсуса - это иметь как минимум ⅔ надежных и честных узлов. Если большинство сети решает действовать злонамеренно, система становится уязвимой к атакам - как эта глупая атака 51%, которая всегда вызывает у меня зубную боль.

отказоустойчивость Byzantine (BFT)

Отказоустойчивость Byzantine — это свойство системы, способной противостоять сбоям, возникающим из проблемы Генералов Бизантийцев. Это означает, что система BFT может продолжать функционировать, даже если некоторые узлы выходят из строя или действуют злонамеренно.

Существует несколько возможных решений этой проблемы, а значит, и несколько способов построить отказоустойчивую Byzantine систему. Точно так же существуют различные подходы к тому, как блокчейн может достичь этой отказоустойчивости, что приводит нас к алгоритмам консенсуса.

Алгоритмы консенсуса блокчейн

Алгоритм консенсуса — это механизм, с помощью которого блокчейн-сеть достигает согласия. Наиболее распространенные? Доказательство работы (PoW) и Доказательство доли (PoS). Возьмем Биткойн в качестве примера.

Хотя протокол Биткойн предписывает основные правила системы, алгоритм PoW определяет, как эти правила будут соблюдаться для достижения консенсуса - в частности, при проверке транзакций.

Хотя концепция Доказательства работы старше криптовалют, Сатоши разработал модифицированную версию в качестве алгоритма, позволяющего создать Биткойн как систему BFT.

Обратите внимание, что алгоритм PoW не является 100% отказоустойчивым Byzantine, но благодаря затратному процессу майнинга и подлежащим криптографическим технологиям, он оказался одним из самых безопасных и надежных решений для блокчейн-сетей. Я считаю, что это блестяще, даже если это не идеально!

Заключительные размышления

Проблема византийских генералов — это увлекательная дилемма, которая в конечном итоге привела к появлению отказоустойчивости Byzantine, широко применяемой в различных сценариях. За пределами индустрии блокчейна эти системы встречаются в авиации, космосе и даже в ядерной промышленности.

В контексте криптовалюты эффективная сетевая связь с хорошим механизмом консенсуса жизненно важна для любой блокчейн-экосистемы. Обеспечение безопасности этих систем является непрерывным усилием, и существующим алгоритмам консенсуса еще предстоит преодолеть некоторые ограничения, такие как масштабируемость. Тем не менее, PoW и PoS остаются увлекательными подходами в качестве BFT систем, и их потенциальные применения явно вдохновляют на крупномасштабные инновации.