拜占庭容錯機制詳解

拜占庭將軍問題

拜占庭將軍問題闡述了在沒有中央權威機構執行規範和監督參與者的情況下，去中心化各方在達成共識時所面臨的困難。由於技術故障或錯誤信息，各個組件可能無法達成協議。這個問題是：" 我們設想拜占庭軍隊的幾個師駐紮在敵城外，每個師都由其將軍指揮。將軍們只能通過信使相互通信。在觀察敵情後，他們必須決定一個共同的行動計劃。然而，一些將軍可能是叛徒，試圖阻止忠誠的將軍達成協議。將軍們必須有一個算法來保證：(A)所有忠誠的將軍都決定同一個行動計劃，以及(B)少數叛徒不能導致忠誠的將軍採用一個糟糕的計劃 "（ 拜占庭將軍問題，1982 ）。Marshall Pease、Robert Shostak和Leslie Lamport在1982年提出了拜占庭將軍問題，"以拜占庭軍隊的將軍們和他們的士兵圍攻敵城的抽象方式表達。"

拜占庭問題形成

在以下場景中，其中一位指揮官或中尉是叛徒，阻止團隊達成共識。在金融賬本的背景下，可以將叛徒視為試圖促成欺詐交易的惡意方。

隨著系統中參與方數量的增加，通信路徑和不信任與錯誤信息的可能性也隨之增加。試想當涉及數千或數百萬個中尉或將軍時達成協議的困難。這就是管理去中心化系統的節點所面臨的困難，這促使了拜占庭容錯模型的發展來解決這個問題。

拜占庭容錯解釋

拜占庭容錯（BFT）是去中心化、無需許可系統的一個特性，能夠成功檢測和拒絕虛假或不準確的信息。在拜占庭容錯系統中，任何一方都可以以點對點的方式加入網絡，沒有中央機構管理和控制參與者網絡。拜占庭容錯系統是去中心化和無需許可的，任何人都可以成為網絡的一部分。如果沒有拜占庭容錯，任何網絡參與者都可能發送虛假信息，危及其可靠性。在比特幣區塊鏈網絡中，每個參與者被稱為節點，節點可以快速加入比特幣網絡並開始廣播區塊和交易。區塊鏈中適用的拜占庭容錯系統是拜占庭將軍問題的解決方案。

拜占庭容錯與區塊鏈有何關係？

區塊鏈技術用於驗證、處理和記錄加密貨幣交易。一組節點必須同意一筆交易是有效的，然後才能完成。每個區塊鏈網絡都有一個共識算法，這是其節點用來就交易達成一致的規則集。區塊鏈網絡由點對點連接的節點組成。區塊鏈節點是使用任何設備（計算機）連接到網絡的任何網絡參與者。區塊鏈節點通過共識以去中心化的方式相互通信。在完全去中心化的區塊鏈中，沒有節點比其他節點擁有更多權力。區塊鏈網絡中的節點使用共識來達成協議。在拜占庭容錯系統的背景下，共識就是"將軍們的協議"。共識是去中心化系統中最重要但也是最具挑戰性的任務，因為沒有中央機構管理網絡。對於去中心化區塊鏈上的交易要成功，大多數節點必須就交易的有效性達成一致，確保區塊鏈網絡的有效運作和透明度。

拜占庭節點是區塊鏈中試圖破壞系統的惡意節點。這些節點通常被稱為叛徒節點，因為它們可能故意誤導網絡中的其他節點，以便從系統中竊取（雙重支付）或僅僅是破壞系統。正常運作的區塊鏈網絡會確保區塊鏈的拜占庭容錯幫助其克服故障。

實用和異步拜占庭容錯

實用拜占庭容錯（pBFT）是一個提供實用拜占庭狀態機複製的模型，用於克服拜占庭容錯系統的限制。通過假設存在獨立的節點故障和特定獨立節點傳播的被操縱消息，pBFT解決了拜占庭故障。pBFT模型的開發純粹是為了解決已有拜占庭容錯解決方案的問題和缺點。區塊鏈和分布式計算是實用拜占庭容錯（pBFT）模型的主要應用。實用拜占庭容錯模型減少了惡意節點的影響，保護去中心化系統免受故障和停機的影響。該算法具有高性能，並針對異步系統進行了優化，只會略微增加延遲。

拜占庭容錯模型的一個特性稱為異步拜占庭容錯（aBFT）。異步拜占庭容錯（aBFT）系統使可信賴的網絡節點能夠保證它們將公平和安全地就一組交易的時間和順序達成一致。拜占庭容錯的"異步"特性克服了拜占庭容錯系統的時間挑戰。在傳統的拜占庭容錯系統中，在達成共識時，節點假設存在最大消息延遲閾值。異步拜占庭容錯（aBFT）網絡消除了拜占庭容錯系統中導致某些消息丟失或無限期延遲的這種時間假設。