Криптовалюты - это децентрализованные цифровые активы, работающие на сети пирингового взаимодействия. Это означает, что узлы в сети несут ответственность за обеспечение безопасности и целостности системы. Одной из основных проблем, с которыми сталкиваются эти сети, является проблема консенсуса, то есть, как обеспечить согласие всех узлов относительно состояния системы. Byzantine Fault Tolerance (BFT) - это механизм консенсуса, который помогает решить эту проблему. В этой статье мы обсудим, что такое BFT, как он работает и каковы его преимущества.

Что такое консенсус?

Консенсус является критическим компонентом децентрализованных сетей, особенно в криптовалютах. Простыми словами, консенсус означает процесс, при котором группа людей или узлов в сети приходят к согласию относительно конкретного решения или транзакции. В криптовалютах консенсус крайне важен, потому что он обеспечивает согласие всех узлов относительно состояния системы и предотвращает возможность вмешательства злоумышленников в сеть.

Достижение консенсуса в децентрализованной сети может быть сложной из-за нескольких факторов. Во-первых, в децентрализованной сети нет центрального органа или принимающего решения, что затрудняет установление доверия между узлами. Во-вторых, узлы в сети могут находиться в разных частях мира и иметь различные интересы, что затрудняет достижение согласия по конкретным решениям. Наконец, сеть может быть уязвима к атакам злоумышленников, которые стремятся нарушить процесс консенсуса и манипулировать системой в своих интересах.

Одной из ключевых проблем достижения консенсуса в децентрализованной сети является проблема "византийских генералов". Это относится к гипотетическому сценарию, в котором группа генералов должна прийти к соглашению относительно определенного курса действий, но некоторые из генералов могут быть изменниками, работающими против группы. В таком сценарии важно обеспечить согласие всех верных генералов относительно одного и того же курса действий, чтобы предотвратить изменников от нарушения системы.

В децентрализованной сети проблема византийских генералов известна как проблема византийской ошибки (BFT). BFT относится к способности децентрализованной сети достигать консенсуса несмотря на наличие злонамеренных узлов или сбоев. Это критически важный компонент технологии блокчейн, обеспечивающий согласие всех узлов относительно состояния системы и безопасности транзакций.

Для достижения консенсуса в децентрализованной сети были разработаны различные механизмы консенсуса. К ним относятся Proof of Work (PoW), Proof of Stake (PoS) и DeleGate.iod Proof of Stake (DPoS). У каждого механизма есть свои преимущества и недостатки, что делает его подходящим для различных приложений блокчейна.

В PoW майнеры соревнуются в решении сложных математических задач для проверки транзакций и добавления новых блоков в блокчейн. Первый майнер, решивший задачу, получает вознаграждение и может добавить блок в цепочку. Однако PoW требует значительной вычислительной мощности, что делает его энергоемким и медленным.

В PoS валидаторы выбираются на основе количества монет, которыми они владеют, и они несут ответственность за валидацию транзакций и добавление новых блоков в цепочку. PoS требует меньше энергии, чем PoW, и работает быстрее, но может быть уязвимым к атакам злонамеренных участников, у которых есть значительное количество монет.

DPoS похож на PoS, но валидаторы избираются держателями монет, и они отвечают за проверку транзакций и добавление новых блоков в цепочку. DPoS работает быстрее и более энергоэффективно, чем PoW и PoS, но может быть уязвимым для сговора между валидаторами.

Несмотря на сильные стороны этих механизмов консенсуса, они могут быть не подходящими для всех приложений блокчейна, особенно тех, которые требуют высокого уровня безопасности и надежности. Именно здесь вступает в игру BFT, обеспечивая более надежный и безопасный механизм достижения консенсуса в децентрализованной сети.

Что такое Ошибка Византийцев (BFT)?

Отказоустойчивость по Византии (BFT) - это механизм достижения консенсуса, который позволяет децентрализованной сети достигать консенсуса, несмотря на наличие неисправных или злонамеренных узлов. BFT была впервые представлена в 1982 году Лесли Лэмпортом, Робертом Шостаком и Маршаллом Писом в их статье под названием «Проблема византийских генералов». Статья была вдохновлена проблемой византийских генералов, гипотетическим сценарием, в котором генералы должны прийти к соглашению относительно определенного действия, но некоторые генералы могут быть предателями, работающими против группы.

BFT работает, обеспечивая согласие всех узлов в сети относительно конкретного решения или транзакции, прежде чем она будет считаться действительной. В системе, основанной на BFT, все узлы взаимодействуют друг с другом и обмениваются сообщениями для достижения согласия. У каждого узла есть копия блокчейна или реестра и он проверяет транзакции перед их добавлением в цепочку.

Для того чтобы обеспечить способность сети выдерживать неисправные или злонамеренные узлы, BFT требует определенного порога узлов, согласных с решением или транзакцией, прежде чем они будут считаться допустимыми. Этот порог известен как порог терпимости к ошибкам Византийцев и может варьироваться в зависимости от размера и сложности сети. Например, в сети с тремя узлами порог может составлять два, что означает, что два узла должны согласиться с решением или транзакцией, прежде чем они будут считаться допустимыми.

BFT можно реализовать различными способами, включая практическую византийскую стойкость к ошибкам (PBFT), соглашение о федеративной византийской стойкости (FBA) и ByzCoin. PBFT - это механизм консенсуса на основе BFT, который широко используется в разрешенных сетях блокчейнов. Он работает путем разделения узлов на различные роли, включая первичные, резервные и реплицирующие узлы. Первичный узел отвечает за сбор запросов на транзакции и упорядочивание их перед отправкой резервным узлам для проверки. Как только резервные узлы проверят транзакции, они отправляют свое одобрение обратно первичному узлу, который затем транслирует утвержденные транзакции реплицирующим узлам для выполнения.

FBA - это механизм консенсуса, основанный на BFT, который широко используется в децентрализованных системах, включая Stellar и Ripple. Он работает, позволяя узлам голосовать за определенное решение или транзакцию. Как только определенное количество узлов соглашается по поводу решения, оно считается действительным.

ByzCoin - это механизм согласования на основе BFT, который используется в сети блокчейна ByzCoin. Работает он так, что позволяет узлам голосовать за определенную транзакцию или решение. Как только определенное количество узлов соглашается по поводу транзакции, она считается действительной и добавляется в блокчейн.

Как работает толерантность к ошибкам Византийцев?

В системе с отказоустойчивостью Византийского типа (BFT) валидаторы играют решающую роль в обеспечении достижения согласия в сети. Валидаторы отвечают за проверку транзакций и блоков перед их добавлением в блокчейн. Эти валидаторы выбираются из узлов сети на основе определенных критериев, таких как репутация или доля в сети.

После выбора валидаторов начинается процесс валидации блока. В BFT блоки проверяются с помощью многоэтапного процесса. Сначала валидатор предлагает блок, который затем транслируется другим валидаторам для проверки. Каждый валидатор проверяет блок и транслирует свое одобрение или отклонение другим валидаторам.

Для достижения консенсуса необходимо, чтобы определенный порог валидаторов утвердил блок. Этот порог обычно устанавливается на две трети общего числа валидаторов в сети. Как только порог достигнут, блок считается действительным и добавляется в блокчейн.

Процесс валидации блока в BFT разработан с учетом отказоустойчивости, что означает, что он может выдержать присутствие неисправных или злонамеренных валидаторов. Если валидатор оказывается злонамеренным, его можно удалить из сети, и новый валидатор может быть выбран для замены.

Одним из ключевых преимуществ BFT является окончательность. Окончательность означает, что после добавления блока в блокчейн его нельзя удалить или изменить. В других механизмах консенсуса, таких как Proof of Work (PoW), блоки считаются действительными после добавления в цепочку с определенным уровнем уверенности. Однако всегда есть небольшой шанс того, что блок может быть удален или изменен, если злоумышленник получит контроль над сетью. BFT устраняет эту возможность, гарантируя, что после добавления блока в цепочку он является окончательным и не может быть изменен.

Для достижения окончательности в BFT блок должен быть подтвержден определенным количеством валидаторов. Как только блок подтвержден, он считается окончательным и не может быть изменен. Это обеспечивает высокий уровень безопасности сети и делает ее подходящей для приложений, требующих высокого уровня доверия и безопасности.

Каковы преимущества отказоустойчивости Византийского типа?

Ошибка Византийцев имеет несколько преимуществ по сравнению с другими механизмами консенсуса. Одним из наиболее значительных преимуществ BFT является способность быстро и надежно достигать консенсуса. Это делает его подходящим для приложений, требующих быстрой обработки транзакций и высокого уровня надежности, таких как финансовые транзакции и управление цепочкой поставок.

Еще одним преимуществом BFT является его способность выдерживать атаки зловредных действующих лиц. BFT разработан так, чтобы быть устойчивым к отказам, что означает, что он может продолжать функционировать даже в случае компрометации определенного количества валидаторов. Это делает его очень безопасным и устойчивым к атакам, что делает его популярным выбором для приложений, требующих высокого уровня безопасности.

BFT также обладает высокой масштабируемостью, что означает способность обрабатывать большое количество транзакций и пользователей. Эта масштабируемость достигается за счет использования параллельной обработки и техник шардинга, которые позволяют сети обрабатывать несколько транзакций одновременно.

Реальные примеры применения BFT в действии включают протокол Ripple и алгоритм консенсуса Tendermint. Ripple использует вариант BFT под названием Ripple Protocol Consensus Algorithm (RPCA), чтобы достичь согласия среди своих валидаторов. Это позволило Ripple обрабатывать тысячи транзакций в секунду, сделав его одной из самых быстрых и надежных платежных сетей в мире.

Tendermint - еще один пример алгоритма консенсуса на основе BFT. Он используется несколькими блокчейн-сетями, включая Cosmos и Binance Smart Chain. Tendermint обладает высокой масштабируемостью, способен обрабатывать тысячи транзакций в секунду, что делает его подходящим для использования в приложениях с высокой нагрузкой.

Еще одним примером применения BFT на практике является блокчейн-платформа Hyperledger Fabric. Hyperledger Fabric использует модифицированную версию BFT, называемую Практическим толерантным к ошибкам Византийцев (PBFT), для достижения консенсуса среди своих валидаторов. Это сделало его популярным выбором для предприятий, требующих высокого уровня безопасности и масштабируемости.

Заключение

Отказоустойчивость по Византии - важный механизм согласования, который помогает обеспечить безопасность и целостность децентрализованных сетей. Его способность справляться с византийскими отказами и достигать консенсуса в децентрализованной системе сделала его популярным выбором для многих блокчейн-приложений. Поскольку криптовалюты продолжают развиваться, Отказоустойчивость по Византии, скорее всего, останется важной частью пейзажа консенсуса.