分布式一致性—拜占庭將軍問題_區塊鏈

提起區塊鏈，大家似乎感覺這項技術很神秘。今天從技術的角度剖析一下區塊鏈的分布式一致性問題，很多研究人員稱此問題為分布式領域的幽靈，也就是大家常常聽到的拜占庭將軍問題。

拜占庭將軍問題是LeslieLamport提出的針對分布式對等網絡中的通信容錯問題。

LeslieLamport在其論文TheByzantineGeneralsProblem中以一個示例形象的描述了此問題：一組拜占庭將軍分別各率領一支軍隊共同圍困一座城市。為了簡化問題，各支軍隊的行動策略僅限定為進攻或撤離兩種。因為部分軍隊進攻、部分軍隊撤離可能會造成災難性后果，因此各位將軍必須通過投票來達成一致策略，即所有軍隊一起進攻或所有軍隊一起撤離。因為各位將軍分別處于城市不同方向，他們只能通過信使互相聯系。在投票過程中每位將軍都將自己投票給進攻還是撤退的信息通過信使分別通知其他所有將軍，從而，每位將軍根據自己的投票和其他所有將軍送來的信息就可以知道共同的投票結果而決定行動策略。

歐盟分布式賬本金融交易規則將于明年3月試點:金色財經報道，歐盟 (EU) 監管機構已經制定了如何申請運行基于分布式賬本技術 (DLT) 的金融市場，預計將于明年3月開始的新試點。歐盟立法者認為，支持加密技術的技術可以在交易股票、債券和其他證券等金融工具時減少中間商，但人們擔心普通散戶投資者是否能夠在實踐中獲得好處。[2022/12/16 21:49:24]

用通信術語描述拜占庭將軍問題：可靠的計算機系統必須處理有故障的組件，這些組件的引入可能與系統其它部分信息沖突。根本不發送任何消息，向不同的鄰居發送不同且錯誤的消息，以及謊報自己的輸入值。一個可靠的計算機系統必須能夠處理一個或多個組件的失敗。失敗的組件出現被忽略的行為，向系統的其他部分發送不一致的信息。

星際聯盟商學院講師Michael：分布式存儲協議擁有四大優勢:4月25日，由星際聯盟主辦的2021分布式存儲生態峰會在上海舉辦，星際聯盟商學院講師Michael以“分布式存儲行業的發展趨勢”為主題，發表了精彩的主題演講。

他講述了中心化網絡存在的四大痛點：存儲數據易丟失、安全性差、存儲費用高昂、傳輸速度慢，而分布式存儲協議擁有四大優勢：上傳下載快；大幅降低存儲成本；人類數據永存；數據安全，防黑客及DDoS攻擊。分布式存儲協議可以讓互聯網速度更快, 更安全, 并且更開放，是未來互聯網的大勢所趨。

他為大家演示了分布式云存儲協議的原理以及分布式存儲生態應用，并為大家講解了分布式存儲協議與“激勵通證”及“結算通證”的關系。此外他還講解了星際文件系統的收益來源和數字通證分配情況。

“讓人類數據永存！”星際聯盟將秉承這一愿景，讓存儲更高效、更經濟、更安全，為社會創造新的價值。[2021/4/25 20:56:14]

在分布式計算中，不同的計算交換通訊信息從而達成共識并按照同一套協作策略行動。但有時，系統中的成員計算機可能因出錯而發送錯誤的信息，用于傳遞信息的通訊網絡也可能導致信息損壞，使得網絡中不同的成員關于全體協作的策略得出不同結論，從而破壞系統一致性。

動態 | 青島市即墨區：將搭建一條分布式實時在線采集區塊鏈網絡:疫情當前，青島市即墨區聚焦關鍵緊迫的疫情防控技術，打響了一場互聯網科技戰“疫”。青島市即墨區將發揮自身在區塊鏈技術應用方面的優勢，搭建一條分布式實時在線采集區塊鏈網絡，在每個防疫部門形成一個獨立節點，采集當地不同類別的數據，通過授權方式快速實現各節點間跨區域、跨行業數據驗證和查詢，保證收集信息的完整、實時、開放和透明。（經濟日報）[2020/2/16]

拜占庭將軍問題是存在前提假設條件的，在消息丟失的不可靠信道上試圖通過消息傳遞的方式達到一致性是不可能的，因此對一致性的研究一般假設是建立在信道是可靠的這個前提下。拜占庭將軍問題的核心是允許存在少數節點作惡的情況下如何達成共識的問題。

動態 | 《信息技術區塊鏈和分布式賬本技術參考架構》國家標準編寫會近日在上海召開:據中國青年網消息，近日，中國電子技術標準化研究院在上海組織召開了《信息技術區塊鏈和分布式賬本技術參考架構》國家標準編寫會，會議主要討論了參考架構的國家標準內容，并明確下一步編寫方案。此前消息，2018年1月份，《信息技術區塊鏈和分布式賬本技術參考架構》作為區塊鏈領域的首個國家標準獲批立項。[2019/4/8]

拜占庭將軍問題實際上是如何讓一個分布式系統的保持一致性和在特定條件下保持正確性的問題。可抽象為滿足以下2個條件的算法：

條件IC1.所有忠誠的將軍得出相同的作戰指令，并且按指令執行，保持指令的一致性。

條件IC2.如果作戰指令是忠誠的將軍發出的，所有忠誠的將軍會遵循該將軍發出的作戰指令，特定條件下的正確性。

LeslieLamport論文里TheByzantineGeneralsProblem提到了OralMessages和Signedmessages兩個解決方案，其算法如下：

1、OM(m)口頭協議算法

結論：如果有m個叛軍，必須至少有3m+1位將軍才能保證口頭協議算法能解“拜占庭將軍問題”。

前提假設：

A1.每個被發送的消息都能夠被正確的投遞

A2.信息接收者知道是誰發送的消息

A3.能夠知道缺少的消息(如果叛軍不配合發送消息，算法默認一個值“撤退”的來替代)

證明過程：

https://www.microsoft.com/en-us/research/uploads/prod/2016/12/The-Byzantine-Generals.pdf

2、SM簽名協議算法

結論：在不管有多少叛軍的情況下，都能讓忠誠的將軍們保持一致的行動

前提假設：

A1.每個被發送的消息都能夠被正確的投遞

A2.信息接收者知道是誰發送的消息

A3.能夠知道缺少的消息(如果叛軍不配合發送消息，算法默認一個值“撤退”的來替代)

A4.1簽名不可被偽造，一旦被篡改即可發現

A4.2任何人都可以驗證將軍簽名的可靠性

證明過程：

https://www.microsoft.com/en-us/research/uploads/prod/2016/12/The-Byzantine-Generals.pdf

讀者如果想對分布式算法深入解析，如Paxos、Pow、BFT，推薦區塊鏈核心算法一書，文中有部分值得深入研讀的參考文獻。

參考文獻：

TheByzantineGeneralsProblem.LESLIELAMPORT,ROBERTSHOSTAK,andMARSHALLPEASESRIInternational

區塊鏈核心算法解析.RogerWattenhofer

參考鏈接

TheByzantineGeneralsProblem

同步鏈接：

https://www.microsoft.com/en-us/research/uploads/prod/2016/12/The-Byzantine-Generals.pdf

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