区块链|06介绍拜占庭式容错

自2008年比特币作为p2p电子现金系统出现以来，许多其他数字货币也出现了，每种货币都有自己的特定机制。但几乎所有的数字货币都有一个共同点:区块链作为核心架构。

因此，区块链系统允许金融交易在没有中间人的情况下完全透明和可靠地执行。数字货币正在逐渐取代需要高可信度的传统银行支付系统。

与大多数分布式计算系统一样，数字货币网络的参与者需要定期讨论并就区块链的当前状态达成一致，这就是我们所说的共识。但是，在一个多样化的网络中，以安全和有效的方式达成共识并非易事。

那么，分布式计算机异步网络如何才能就可能出现的故障或不诚实行为的情况达成一致的解决方案呢?这就是所谓的拜占庭式普遍问题的根源，它产生了拜占庭式容错的概念。

拜占庭式的普遍问题是什么?

简单地说，在1982年，拜占庭将军的问题被认为是一个逻辑上的矛盾，说明了当一群拜占庭将军试图就一个循序渐进的方法达成一致意见时可能产生的沟通问题。

突破假定每个将军都有自己的军队，每个人都在他们打算进攻的城市周围的不同位置。这些将军需要就进攻或撤退达成一致。它是进攻还是撤退并不重要，只要所有的将军们都同意采取一项协调一致的决定。

因此，我们可以考虑以下条件:

每位将军必须决定是否进攻或撤退(是或否);

决定一旦做出，就不能改变;

全体将军必须一致同意一项决定，并同时执行。

上述通信问题涉及一名将军只能通过一名情报人员发出的信息与另一名将军通信的事实。因此，拜占庭将军们面临的主要挑战是信息可能会被延迟，破坏或丢失。

此外，即使消息成功传递，一个或多个将军可能(出于任何原因)选择不诚实的行动，发送一个欺骗的消息来替代其他将军，导致行动失败。

如果我们将此冲突映射到区块链，则每个常规表示网络中断，路由器需要就系统的当前状态达成一致。换句话说，去中心化网络中的大多数参与者必须同意并执行相同的操作破坏失败。

因此，在这些类的分布式系统中达成共识的唯一方法是，至少有三分之二的可靠和真实的网络中断。这意味着，如果网络中的大多数错误都确定为恶意行为，那么系统很容易受到失败和攻击(比如51%的攻击)。

拜占庭容错(BFT)

简而言之，拜占庭式容错(BFT)是一种能够抵抗拜占庭将军失败的系统属性。这意味着总会出现故障或恶意行为，拜占庭容错系统无法继续运行。

对于拜占庭式通用问题有许多可能的解决方案，因此有许多方法可以构建拜占庭容错系统。类似地，区块链有各种不同的方法来实现拜占庭容错，也就是我们所说的一致算法。

区块链共识算法

我们可以将协商一致算法定义为区块链网络中协商一致建立的机制。最常见的例子是工作负载证明(PoW)和公平性证明(PoS)。让我们以比特币为例。

比特币协议规定了系统的主要规则，而workload proof consensus算法解释了如何遵循这些规则来达成一致(例如，在交易验证和验证过程中)。

虽然工作负载证明的概念早于数字货币，但Nakamoto修改了原始版本并开发了改进的工作负载证明算法，可以使用比特币的创建作为拜占庭容错系统。

注意，这么多的工作证明了该算法不能完全抵抗拜占庭式故障，但由于代价高昂的挖矿过程和重叠的加密技术，它被证明是区块链网络中最安全可靠的方法之一。在某种意义上，中本聪设计的工作负载证明共识算法被许多人认为是最容错的拜占庭解决方案之一。

摘要

拜占庭通用问题是一个有趣的缺点，最终导致了拜占庭容错系统的产生，它被广泛地应用于各种场景。除了区块链工业，拜占庭容错系统的一些用途还包括航空航天、核工业和航空航天工业。

在数字货币领域，任何区块链生态系统都需要高效的网络沟通和良好的共识机制。保护这些系统需要持续的努力，现有的一致算法仍然不能克服一些限制(例如可伸缩性)。然而，工作负载证明和公平证明都是拜占庭容错系统的有效方法，它们的潜在应用将激发进一步的创新。