拜占庭容错机制详解

拜占庭将军问题

拜占庭将军问题解释了在没有中央权威机构执行规定和监督参与者的情况下，去中心化各方在达成共识时所面临的困难。由于技术故障或错误信息，各组成部分可能无法达成一致。这个问题是这样的：" 我们设想拜占庭军队的几个师驻扎在敌城外，每个师都由其将军指挥。将军们只能通过信使相互通信。在观察敌情后，他们必须决定一个共同的行动计划。然而，一些将军可能是叛徒，试图阻止忠诚的将军达成共识。将军们必须有一个算法来保证：(A)所有忠诚的将军都决定同一个行动计划，(B)少数叛徒不能导致忠诚的将军采用一个糟糕的计划 "（ 《拜占庭将军问题》，1982 ）。Marshall Pease、Robert Shostak和Leslie Lamport在1982年提出了拜占庭将军问题，"以拜占庭军队的将军们和他们的士兵围困敌城的抽象形式表达。"

拜占庭问题形成

在以下场景中，其中一个指挥官或中尉是叛徒，阻止团队达成共识。在金融账本的背景下，可以将叛徒视为试图促成欺诈交易的恶意方。

随着系统中参与方数量的增加，通信路径和不信任与错误信息的可能性也随之增加。试想当涉及数千或数百万个中尉或将军时达成协议的难度。这就是管理去中心化系统的节点所面临的困难，这促使了拜占庭容错模型的发展来解决这个问题。

拜占庭容错解释

拜占庭容错（BFT）是去中心化、无需许可系统的一个特征，能够成功检测和拒绝虚假或不准确的信息。在拜占庭容错系统中，任何一方都可以以点对点的方式加入网络，没有中央权威机构来管理和控制参与者网络。拜占庭容错系统是去中心化和无需许可的，任何人都可以成为网络的一部分。如果没有拜占庭容错，任何网络参与者都可能发送虚假信息，危及其可靠性。在比特币区块链网络中，每个参与者被称为节点，节点可以快速加入比特币网络并开始广播区块和交易。区块链中适用的拜占庭容错系统是拜占庭将军问题的解决方案。

拜占庭容错与区块链有何关系？

区块链技术用于验证、处理和记录加密货币交易。一组节点必须同意一笔交易是有效的，然后才能完成。每个区块链网络都有一个共识算法，这是其节点用来就交易达成一致的规则集。区块链网络由点对点连接的节点组成。区块链节点是使用任何设备（计算机）连接到网络的任何网络参与者。区块链节点通过共识以去中心化的方式相互通信。在完全去中心化的区块链中，没有节点比其他节点拥有更多权力。区块链网络中的节点使用共识来达成协议。在拜占庭容错系统的背景下，共识就是"将军们的协议"。共识是去中心化系统中最重要但也是最具挑战性的任务，因为没有中央权威机构管理网络。对于去中心化区块链上的交易要成功，大多数节点必须就交易的有效性达成一致，确保区块链网络的有效运行和透明度。

拜占庭节点是区块链中试图破坏系统的恶意节点。这些节点通常被称为叛徒节点，因为它们可能故意误导网络中的其他节点，以便从系统中窃取（双重支付）或仅仅是破坏系统。正常运行的区块链网络将确保区块链的拜占庭容错帮助其克服故障。

实用和异步拜占庭容错

实用拜占庭容错（pBFT）是一个提供实用拜占庭状态机复制的模型，用于克服拜占庭容错系统的局限性。通过假设存在独立的节点故障和特定独立节点传播的被操纵消息，pBFT解决了拜占庭故障。pBFT模型的开发完全是为了解决已有拜占庭容错解决方案的问题和缺点。区块链和分布式计算是实用拜占庭容错（pBFT）模型的主要应用。实用拜占庭容错模型减少了恶意节点的影响，保护去中心化系统免受故障和停机的影响。该算法具有高性能，并针对异步系统进行了优化，仅略微增加延迟。

拜占庭容错模型的一个特征称为异步拜占庭容错（aBFT）。异步拜占庭容错（aBFT）系统使可信的网络节点能够保证它们将公平和安全地就一组交易的时间和顺序达成一致。拜占庭容错的"异步"特性克服了拜占庭容错系统的时间挑战。在传统的拜占庭容错系统中，在达成共识时，节点假设存在最大消息延迟阈值。异步拜占庭容错（aBFT）网络消除了拜占庭容错系统中导致某些消息丢失或无限期延迟的这种时间假设。