Доверие и безопасность жизненно важны для технологии блокчейна, а механизм консенсуса византийской отказоустойчивости (BFT) лежит в основе безопасности блокчейна.
BFT гарантирует, что блокчейны продолжают работать, даже если некоторые участники сети ненадежны или злонамеренны. Итак, что такое BFT, как он работает и почему он так важен для технологии блокчейн?
Что такое византийская отказоустойчивость?
Византийская отказоустойчивость относится к способности сети или системы продолжать работу, даже если некоторые компоненты неисправны или вышли из строя.
С системой BFT сети блокчейнов продолжают функционировать или выполнять запланированные действия до тех пор, пока большинство участников сети надежны и подлинны. Это означает, что более половины или двух третей узлов в сети блокчейна должны согласиться подтвердить транзакцию и добавить ее в блок.
Чтобы скомпрометированные узлы могли причинить вред византийскому отказоустойчивому блокчейну, их должно быть большинство. Этот злой умысел может выражаться в двойной трате, 51% атака, а Атака Сивиллы, и так далее.
Византийская отказоустойчивость в технологии блокчейна восходит к византийской общей проблеме, впервые предложенной Лесли Лэмпортом, Маршаллом Пизом и Робертом Шостаком. Эта концепция стала заметной, когда они опубликовали статью с копией размещенный Microsoft, под названием «Проблема византийских генералов» (PDF)' в 1982 году.
Лэмпорт, Пиз и Шостак описали случай, когда группа генералов византийской армии расположилась лагерем за пределами вражеского города. У каждого генерала была своя армия, и ему нужно было общаться и принимать единогласное решение, атаковать или отступать.
Проблема заключалась в проведении совместной акции среди нескольких скомпрометированных генералов. Эта дилемма была названа византийской ошибкой, и когда система успешно решает эту проблему, она считается византийской отказоустойчивой.
Затем византийская отказоустойчивая концепция была применена к сети блокчейна криптовалюты. В криптопространстве генералы — это узлы, которые проверяют криптотранзакции.
Как работает византийская отказоустойчивость?
Децентрализованные сети реализуют византийскую отказоустойчивость с помощью согласованных правил или протоколов. Все узлы в сети должны придерживаться этих протоколов или алгоритмов, если они хотят участвовать в проверке и обработке транзакций.
Чтобы транзакция была проверена, обработана и добавлена в растущий блок, большинство узлов должны согласиться с тем, что транзакция является подлинной, с помощью алгоритма консенсуса сети. Биткойн, Эфириум и другие блокчейны с доказательством работы (PoW) и доказательством доли (PoS) используют алгоритмы BFT.
В алгоритме консенсуса PoW майнеры в сети решают криптографические головоломки для проверки и создания блоков, записывающих транзакции. Майнер, который первым решает головоломки, получает право добавить транзакцию в растущий блок и получить вознаграждение за блок. Но майнер должен опубликовать доказательство того, что он решил головоломку, чтобы добавить блок.
Для процесса майнинга в блокчейнах PoW требуются дорогие компьютеры или майнинговые установки. Эта высокая стоимость лишает майнеров возможности делиться ложной информацией, потому что другие участники отвергают ее. Это также снижает вероятность того, что злоумышленники получат контроль над большинством узлов в системе.
Между тем, с механизмом консенсуса PoS вы должны поставить определенное количество крипто-токенов чтобы получить право подтвердить транзакцию. Затем, если сетевой протокол выберет вас, вы сможете добавить транзакцию в растущий блок и получить вознаграждение за блок.
Системы PoS решают византийские ошибки, используя разные методы. Например, Ethereum использует алгоритм Casper, который требует, чтобы по крайней мере две трети узлов достигли консенсуса по блокам. В конечном счете, системам PoS необходимо, чтобы большинство узлов согласовали блоки, прежде чем их можно будет добавить.
Эти блокчейны используют алгоритмы консенсуса BFT, чтобы противостоять меньшинству узлов, которые не согласны с консенсусом. Таким образом, сеть блокчейнов может продолжать выполнять свою функцию, отклоняя ошибочные или нечестные транзакции.
Роль византийской отказоустойчивости в технологии блокчейн
Технология блокчейн опирается на византийскую отказоустойчивость по следующим причинам:
- BFT поддерживает непрерывную работу сети блокчейна, даже с некоторыми несогласными узлами.
- Он обеспечивает безопасность сети, предотвращая злонамеренные действия, которые могут проявляться в виде атаки 51% (или атаки Сивиллы) или двойного расходования средств.
Ограничения византийской отказоустойчивости
Византийская отказоустойчивость принесла огромные преимущества индустрии блокчейнов. Тем не менее, у системы все еще есть проблемы, особенно с практичным византийским отказоустойчивым алгоритмом консенсуса (pBFT).
Практичная византийская отказоустойчивость — это оптимизированная форма исходной византийской отказоустойчивости. pBFT работает через асинхронную систему, состоящую из основного ведущего узла и других резервных узлов. В этой системе вредоносных узлов не может быть больше, чем честных узлов, обычно не более одной трети. Узлы всегда взаимодействуют друг с другом, чтобы гарантировать, что большинство узлов (честных) согласны с состоянием сети.
Некоторые ограничения pBFT включают следующее:
- Высокая коммуникация: чтобы оставаться работоспособной, системе требуется повышенная коммуникация между узлами. Этот процесс занимает много времени и приводит к проблемам с масштабируемостью.
- Проблемы масштабируемости: pBFT имеет проблемы с масштабируемостью, особенно в очень обширных сетях.
- Низкий уровень безопасности: pBFT подвержен атакам Сивиллы, когда один узел в сети притворяется 51% других узлов, чтобы доминировать в сети и причинять вред.
Шесть популярных платформ на основе блокчейна BFT
Вот несколько блокчейнов, которые интегрируют византийские механизмы отказоустойчивости.
1. Биткойн
Биткойн включает византийскую отказоустойчивость в свою сеть через протокол консенсуса Proof-of-Work. Алгоритм консенсуса PoW блокчейна предписывает всем узлам блокчейна проверять структуру данных, размер блока, отметку времени блока, хэш заголовка блока и первую транзакцию для каждых данных. Этот процесс, называемый хешированием данных, использует вычислительную мощность.
2. Эфириум
Раньше использовал PoW, Блокчейн Ethereum перешел на систему PoS что решает свои византийские проблемы. Сетевые валидаторы размещают свои токены Ether, а протокол выбирает честных валидаторов для обработки транзакций, проверки блоков и голосования за главу цепочки. Протокол заставляет стейкеров быть честными, что делает атаку на сеть непомерно дорогой.
3. ЭОС
Блокчейн EOSIO достигает консенсуса через уровень асинхронной византийской отказоустойчивости (aBFT) и уровень делегированного подтверждения доли (DPoS). Уровень aBFT подтверждает каждый блок транзакций, пока он не станет последним необратимым блоком (LIB). Затем уровень DPoS подтверждает LIB как окончательный необратимый блок.
4. пульсация
Ripple не использует механизмы консенсуса PoW или PoS. Вместо этого он использует протокол консенсуса XRP Ledger, византийский отказоустойчивый механизм консенсуса. Блокчейн продолжает нормально функционировать, если недоверенные валидаторы составляют менее 20% от общего числа валидаторов. Эта система предотвращает двойное расходование и улучшает целостность блокчейна.
5. Кадена
Kadena использует механизм консенсуса ScalableBFT для подтверждения блоков. Блокчейн сочетает в себе систему PoW Биткойна с изменением децентрализованного консенсуса нескольких параллельных блокчейнов. механизмы, которые являются энергоэффективными, масштабируемыми и безопасными и обеспечивают гораздо более высокую производительность, чем Биткойн. система. Эта установка, называемая «Chainweb», позволяет Kadena выполнять до 480 000 транзакций в секунду (TPS) с 20 цепями, работающими одновременно.
6. Кворум
Механизмом консенсуса для криптосистемы Quorum является механизм консенсуса Стамбульской византийской отказоустойчивости (IBFT). QuorumChain делегирует права голоса пулу узлов (валидаторов); один узел становится предлагающим для инициирования подтверждения блока, в то время как другие узлы подтверждают блок. Если более 1/3 узлов в пуле ведут себя некорректно, блок не будет вставлен.
Светлое будущее византийской отказоустойчивости
Пока будут существовать криптовалюты и технология блокчейна, византийская отказоустойчивость и другие механизмы консенсуса также будут существовать. Тем не менее, эти механизмы, вероятно, будут продолжать развиваться.
Первоначально Ethereum интегрировал BFT с использованием PoW, но Ethereum переключился с PoW на PoS и обновил свой алгоритм BFT. Точно так же со временем вы будете продолжать видеть новые и лучшие системы. Помните, что криптопространство постоянно развивается.