Tillit og sikkerhet er avgjørende for blokkjedeteknologi – og den bysantinske feiltoleranse (BFT) konsensusmekanismen er kjernen i en blokkjedes sikkerhet.
BFT sikrer at blokkjeder fortsetter å fungere, selv om noen nettverksdeltakere er upålitelige eller ondsinnede. Så hva er BFT, hvordan fungerer det, og hvorfor er det så avgjørende for blockchain-teknologi?
Hva er bysantinsk feiltoleranse?
Bysantinsk feiltoleranse refererer til evnen til et nettverk eller system til å fortsette å fungere selv når noen komponenter er defekte eller har sviktet.
Med et BFT-system fortsetter blokkjedenettverk å fungere eller implementere planlagte handlinger så lenge de fleste nettverksdeltakere er pålitelige og ekte. Dette betyr at over halvparten eller to tredjedeler av nodene på blokkjedenettverket må godta å validere en transaksjon og legge den til blokken.
For at kompromitterte noder skal forårsake ondskap på en bysantinsk feiltolerant blokkjede, må de være i flertall. Denne ondskapen kan være i form av dobbeltforbruk, en
51 % angrep, a Sybil angrep, og så videre.Bysantinsk feiltoleranse i blokkjedeteknologi stammer fra det bysantinske generelle problemet som ble utviklet av Leslie Lamport, Marshall Pease og Robert Shostak. Dette konseptet ble fremtredende da de publiserte et papir, med en kopi hostet av Microsoft, kalt 'The Byzantine Generals Problem (PDF)' i 1982.
Lamport, Pease og Shostak beskrev saken om en gruppe generaler fra den bysantinske hæren som telte utenfor en fiendeby. Hver general hadde sin egen hær og trengte å kommunisere og ta en enstemmig beslutning om hvorvidt de skulle angripe eller trekke seg tilbake.
Problemet var å gjennomføre en felles aksjon blant noen kompromitterte generaler. Dette dilemmaet ble kalt en bysantinsk feil, og når et system lykkes med å takle dette problemet, sies det å være bysantinsk feiltolerant.
Det bysantinske feiltolerante konseptet ble deretter brukt på kryptovaluta blockchain-nettverket. I kryptorommet er generalene nodene som validerer kryptotransaksjoner.
Hvordan fungerer den bysantinske feiltoleransen?
Desentraliserte nettverk implementerer bysantinsk feiltoleranse via konsensusregler eller protokoller. Alle nodene i nettverket må følge disse protokollene eller algoritmene hvis de ønsker å delta i validering og behandling av transaksjoner.
For at en transaksjon skal valideres, behandles og legges til en voksende blokk, må de fleste noder være enige om at transaksjonen er autentisk gjennom nettverkets konsensusalgoritme. Bitcoin, Ethereum og andre proof of work (PoW) og proof of stake (PoS) blokkkjeder bruker BFT-algoritmer.
I PoW-konsensusalgoritmen løser gruvearbeiderne på nettverket kryptografiske gåter for å validere og produsere blokker som registrerer transaksjoner. Gruvearbeideren som først løser gåtene vinner retten til å legge transaksjonen til den voksende blokken og tjene blokkbelønningen. Men gruvearbeideren må publisere bevis på at de løste gåten for å legge til blokken.
Gruveprosessen i PoW-blokkjeder krever dyre datamaskiner eller gruverigger. Denne høye kostnaden hindrer gruvearbeidere i å dele falsk informasjon fordi andre deltakere ville avvist den. Det reduserer også sannsynligheten for at ondsinnede aktører får kontroll over de fleste noder i systemet.
I mellomtiden, med PoS-konsensusmekanismen, må du satse en viss mengde krypto-tokens for å få retten til å validere transaksjonen. Deretter, hvis nettverksprotokollen velger deg, kan du legge transaksjonen til den voksende blokken og tjene blokkbelønningen.
PoS-systemer løser bysantinske feil ved hjelp av forskjellige metoder. For eksempel bruker Ethereum Casper-algoritmen, som krever minst to tredjedeler av nodene for å oppnå konsensus om blokker. Til syvende og sist trenger PoS-systemer at de fleste noder blir enige om blokker før de kan legges til.
Disse blokkjedene bruker BFT-konsensusalgoritmer for å motstå nodene i minoriteten som ikke er enig med konsensus. På denne måten kan blokkjedenettverket fortsette med sin funksjon, og avvise feilaktige eller uærlige transaksjoner.
Rollen til bysantinsk feiltoleranse i blokkjedeteknologi
Blockchain-teknologi er avhengig av bysantinsk feiltoleranse av disse grunnene:
- BFT holder blokkjedenettverket kontinuerlig funksjonelt, selv med noen uenige noder.
- Det holder nettverket sikkert, og forhindrer ondsinnethet som kan komme i form av et 51 % angrep (eller Sybil-angrep) eller dobbeltforbruk.
Begrensninger for bysantinsk feiltoleranse
Bysantinsk feiltoleranse har ført til enorme fordeler for blokkjedeindustrien. Imidlertid har systemet fortsatt problemer, spesielt den praktiske bysantinske feiltolerante konsensusalgoritmen (pBFT).
Den praktiske bysantinske feiltoleransen er en optimalisert form for den originale bysantinske feiltoleransen. pBFT fungerer gjennom et asynkront system som består av en primær ledernode og andre backupnoder. I dette systemet kan ikke de ondsinnede nodene være mer enn de ærlige nodene, vanligvis ikke opptil en tredjedel. Nodene kommuniserer alltid med hverandre for å sikre at de fleste nodene (de ærlige) er enige om nettverkets tilstand.
Noen begrensninger for pBFT inkluderer følgende:
- Høy kommunikasjon: For å forbli funksjonell krever systemet økt kommunikasjon mellom nodene. Denne prosessen er tidkrevende og fører til problemer med skalerbarhet.
- Skalerbarhetsproblemer: pBFT har problemer med skalerbarhet, spesielt med nettverk som er svært omfattende.
- Lav sikkerhet: pBFT er utsatt for Sybil-angrep, der en node på nettverket utgir seg for å være 51 % av de andre nodene for å dominere nettverket og forårsake ondskap.
Seks populære BFT Blockchain-baserte plattformer
Her er noen blokkjeder som integrerer de bysantinske feiltoleransemekanismene.
1. Bitcoin
Bitcoin inkorporerer bysantinsk feiltoleranse i nettverket sitt gjennom konsensusprotokollen for bevis på arbeid. Blokkjedens PoW-konsensusalgoritme gir alle nodene på blokkjeden mandat til å sjekke datastrukturen, blokkstørrelsen, blokktidsstempelet, blokkhodehashen og den første transaksjonen på hver data. Denne prosessen, kalt datahashing, bruker beregningskraft.
2. Ethereum
Tidligere brukte PoW, Ethereum-blokkjeden har gått over til et PoS-system som løser de bysantinske problemene. Nettverksvalidatorer satser Ether-tokenene sine, og protokollen velger ærlige validatorer for å behandle transaksjoner, validere blokker og stemme på en leder av en kjede. Protokollen tvinger aktører til å være ærlige, noe som gjør angrep på nettverket uoverkommelig dyrt.
3. EOS
EOSIO blockchain oppnår konsensus via et asynkront bysantinsk feiltolerant (aBFT) lag og et delegert proof of stake (DPoS) lag. aBFT-laget bekrefter hver blokk med transaksjoner til det er den siste irreversible blokken (LIB). DPoS-laget bekrefter deretter LIB som den siste, irreversible blokken.
4. Ripple
Ripple bruker ingen av PoW- eller PoS-konsensusmekanismene. I stedet bruker den XRP Ledger Consensus Protocol, en bysantinsk feiltolerant konsensusmekanisme. Blokkjeden fortsetter å fungere normalt hvis de upålitelige validatorene er mindre enn 20 % av de totale validatorene. Dette systemet forhindrer dobbeltforbruk og forbedrer blockchain-integriteten.
5. Kadena
Kadena bruker en ScalableBFT-konsensusmekanisme for å bekrefte blokkeringer. Blokkjeden kombinerer Bitcoins PoW-system med å endre desentralisert multiple parallelle blokkjedekonsensus mekanismer som er energieffektive, skalerbare og sikre og gir en mye bedre utgang enn Bitcoins system. Dette oppsettet, kalt «Chainweb», lar Kadena utføre opptil 480 000 transaksjoner per sekund (TPS) med 20 kjeder som kjører samtidig.
6. Quorum
Konsensusmekanismen for Quorum-kryptosystemet er Istanbul Byzantine Fault Tolerance (IBFT) konsensusmekanismen. QuorumChain delegerer rettighetene til å stemme til en pool av noder (validatorer); en node gjøres til forslagsstiller for å starte blokkbekreftelsen mens de andre nodene validerer blokken. Hvis mer enn 1/3 av nodene i bassenget oppfører seg feil, vil ikke blokken settes inn.
Fremtiden for bysantinsk feiltoleranse er lys
Så lenge kryptovalutaer og blokkjedeteknologi fortsetter å eksistere, vil bysantinsk feiltoleranse og andre konsensusmekanismer også gjøre det. Imidlertid vil disse mekanismene sannsynligvis fortsette å utvikle seg.
Opprinnelig integrerte Ethereum BFT ved hjelp av PoW, men Ethereum byttet fra PoW til PoS og oppdaterte BFT-algoritmen. På samme måte vil du fortsette å se nyere og bedre systemer med tiden. Husk at kryptorommet er i konstant utvikling.
