Luottamus ja turvallisuus ovat tärkeitä lohkoketjuteknologialle – ja Byzantine Fault Tolerance (BFT) -konsensusmekanismi on lohkoketjun turvallisuuden ydin.
BFT varmistaa, että lohkoketjut jatkavat toimintaansa, vaikka jotkin verkon osallistujat olisivat epäluotettavia tai haitallisia. Joten mikä on BFT, miten se toimii ja miksi se on niin tärkeä lohkoketjuteknologialle?
Mikä on Bysantin vikasietoisuus?
Bysantin vikasietoisuus viittaa verkon tai järjestelmän kykyyn jatkaa toimintaansa, vaikka jotkin komponentit ovat viallisia tai vioittuneet.
BFT-järjestelmän avulla lohkoketjuverkostot jatkavat toimintaansa tai toteuttavat suunniteltuja toimia niin kauan kuin useimmat verkoston osallistujat ovat luotettavia ja aitoja. Tämä tarkoittaa, että yli puolet tai kaksi kolmasosaa blockchain-verkon solmuista on suostuttava tapahtuman vahvistamiseen ja lisäämiseen lohkoon.
Jotta vaarantuneet solmut aiheuttaisivat ilkeyttä Bysantin vikasietoisessa lohkoketjussa, niiden on oltava enemmistönä. Tämä pahuus voi ilmetä kaksinkertaisena kulutuksena, a 51% hyökkäys, a Sybil hyökkäys, ja niin edelleen.
Bysantin vikasietoisuus lohkoketjuteknologiassa juontaa juurensa Leslie Lamportin, Marshall Peasen ja Robert Shostakin edelläkävijästä Bysantin yleisestä ongelmasta. Tämä käsite tuli näkyväksi, kun he julkaisivat paperin, jossa oli kopio isännöi Microsoft, nimeltään Bysantin kenraalien ongelma (PDF)' vuonna 1982.
Lamport, Pease ja Shostak kuvasivat tapausta, jossa Bysantin armeijan kenraalit leiriytyivät viholliskaupungin ulkopuolella. Jokaisella kenraalilla oli oma armeija, ja heidän piti kommunikoida ja tehdä yksimielinen päätös hyökkäämisestä vai vetäytymisestä.
Ongelmana oli yhteisen toiminnan toteuttaminen joidenkin kompromitoituneiden kenraalien keskellä. Tätä dilemmaa kutsuttiin Bysantin virheeksi, ja kun järjestelmä ratkaisee tämän ongelman onnistuneesti, sen sanotaan olevan Bysantin vikasietoinen.
Bysanttilaista vikasietoisuutta sovellettiin sitten kryptovaluuttojen lohkoketjuverkkoon. Salausavaruudessa kenraalit ovat solmuja, jotka vahvistavat kryptotapahtumat.
Kuinka Bysantin vikasietoisuus toimii?
Hajautetut verkot toteuttavat bysanttilaista vikasietoisuutta konsensussääntöjen tai protokollien avulla. Kaikkien verkon solmujen on noudatettava näitä protokollia tai algoritmeja, jos ne haluavat osallistua tapahtumien validointiin ja käsittelyyn.
Jotta tapahtuma voidaan vahvistaa, käsitellä ja lisätä kasvavaan lohkoon, useimpien solmujen on hyväksyttävä, että tapahtuma on aito verkon konsensusalgoritmin kautta. Bitcoin, Ethereum ja muut proof of work (PoW) ja proof of Stake (PoS) lohkoketjut käyttävät BFT-algoritmeja.
PoW-konsensusalgoritmissa verkon kaivostyöntekijät ratkaisevat kryptografisia pulmia vahvistaakseen ja tuottaakseen lohkoja, jotka tallentavat tapahtumia. Kaivosmies, joka ratkaisee pulmat ensin, voittaa oikeuden lisätä tapahtuman kasvavaan lohkoon ja ansaita lohkopalkkion. Mutta kaivostyöntekijän on julkaistava todiste siitä, että he ratkaisivat pulman lisätäkseen lohkon.
PoW-lohkoketjujen louhintaprosessi vaatii kalliita tietokoneita tai kaivoslaitteita. Nämä korkeat kustannukset estävät kaivostyöntekijöitä jakamasta vääriä tietoja, koska muut osallistujat hylkäävät sen. Se myös vähentää todennäköisyyttä, että pahantahtoiset toimijat saavat järjestelmän useimpien solmujen hallintaansa.
Sillä välin PoS-konsensusmekanismin avulla sinun on panostaa tietty määrä kryptomerkkejä ansaitakseen oikeuden vahvistaa kauppa. Sitten, jos verkkoprotokolla valitsee sinut, voit lisätä tapahtuman kasvavaan lohkoon ja ansaita lohkopalkkion.
PoS-järjestelmät ratkaisevat Bysantin vikoja eri menetelmillä. Esimerkiksi Ethereum käyttää Casper-algoritmia, joka vaatii vähintään kaksi kolmasosaa solmuista päästäkseen yksimielisyyteen lohkoista. Loppujen lopuksi PoS-järjestelmät tarvitsevat useimmat solmut sopia lohkoista ennen kuin ne voidaan lisätä.
Nämä lohkoketjut käyttävät BFT-konsensusalgoritmeja vastustaakseen vähemmistössä olevia solmuja, jotka eivät ole samaa mieltä konsensuksen kanssa. Tällä tavalla lohkoketjuverkko voi jatkaa tehtäväänsä hylkäämällä virheelliset tai epärehelliset tapahtumat.
Bysantin vikasietoisuuden rooli lohkoketjuteknologiassa
Blockchain-tekniikka luottaa Bysantin vikasietoisuuteen seuraavista syistä:
- BFT pitää blockchain-verkon jatkuvasti toiminnassa, jopa joidenkin eri mieltä olevien solmujen kanssa.
- Se pitää verkon suojattuna ja estää ilkeyden, joka voi tulla 51 % hyökkäyksen (tai Sybil-hyökkäyksen) tai kaksinkertaisen kulutuksen muodossa.
Bysantin vikasietokyvyn rajoitukset
Bysantin vikasietoisuus on tuonut valtavia etuja lohkoketjuteollisuudelle. Järjestelmässä on kuitenkin edelleen ongelmia, erityisesti käytännöllinen Bysantin vikasietoinen konsensusalgoritmi (pBFT).
Käytännöllinen bysanttilainen vikasietoisuus on optimoitu muoto alkuperäisestä bysanttilaisesta vikasietoisuudesta. pBFT toimii asynkronisen järjestelmän kautta, joka koostuu ensisijaisesta johtosolmusta ja muista varasolmuista. Tässä järjestelmässä haitallisia solmuja ei voi olla enempää kuin rehellisiä solmuja, yleensä enintään kolmasosa. Solmut kommunikoivat aina keskenään varmistaakseen, että useimmat solmut (rehelliset) ovat yhtä mieltä verkon tilasta.
Jotkut pBFT: n rajoitukset sisältävät seuraavat:
- Korkea tiedonsiirto: Jotta järjestelmä pysyisi toiminnassa, se vaatii tehostettua tiedonsiirtoa solmujen välillä. Tämä prosessi on aikaa vievä ja johtaa skaalautuvuusongelmiin.
- Skaalautuvuusongelmat: pBFT: llä on ongelmia skaalautuvuuden kanssa, erityisesti erittäin laajoissa verkoissa.
- Matala suojaus: pBFT on altis Sybil-hyökkäyksille, joissa yksi verkon solmu teeskentelee olevansa 51 % muista solmuista hallitsevansa verkkoa ja aiheuttavan pahaa.
Kuusi suosittua BFT-lohkoketjupohjaista alustaa
Tässä on joitain lohkoketjuja, jotka yhdistävät Bysantin vikasietomekanismit.
1. Bitcoin
Bitcoin sisällyttää Bysantin vikasietoisuuden verkkoonsa proof of work konsensusprotokollan kautta. Lohkoketjun PoW-konsensusalgoritmi velvoittaa kaikki lohkoketjun solmut tarkistamaan tietorakenteen, lohkon koon, lohkon aikaleiman, lohkon otsikon hash ja ensimmäisen tapahtuman jokaisessa datassa. Tätä prosessia kutsutaan tietojen hajautusprosessiksi, käyttää laskentatehoa.
2. Ethereum
Käyttänyt aiemmin PoW: ta, Ethereum-lohkoketju on siirtynyt PoS-järjestelmään joka ratkaisee sen Bysantin ongelmat. Verkon validaattorit panostavat Ether-tokeninsa, ja protokolla valitsee rehelliset validaattorit käsittelemään tapahtumia, vahvistamaan lohkoja ja äänestämään ketjun päätä. Protokolla pakottaa panostajat olemaan rehellisiä, mikä tekee verkkoon hyökkäämisestä kohtuuttoman kalliita.
3. EOS
EOSIO-lohkoketju saavuttaa konsensuksen asynkronisen bysantin vikasietoisen (aBFT) kerroksen ja delegoidun panoksen todistekerroksen (DPoS) kautta. aBFT-kerros vahvistaa jokaisen tapahtumalohkon, kunnes se on viimeinen peruuttamaton lohko (LIB). DPoS-kerros vahvistaa sitten LIB: n lopulliseksi, peruuttamattomaksi lohkoksi.
4. Ripple
Ripple ei käytä kumpaakaan PoW- tai PoS-konsensusmekanismeista. Sen sijaan se käyttää XRP Ledger Consensus Protocol -protokollaa, bysanttilaista vikasietoista konsensusmekanismia. Lohkoketju jatkaa toimintaansa normaalisti, jos epäluotettavia validaattoreita on alle 20 % kaikista validaattoreista. Tämä järjestelmä estää kaksinkertaisen kulutuksen ja parantaa lohkoketjun eheyttä.
5. Kadena
Kadena käyttää ScalableBFT-konsensusmekanismia lohkojen vahvistamiseen. Lohkoketju yhdistää Bitcoinin PoW-järjestelmän hajautetun usean rinnakkaisen lohkoketjukonsensuksen muuttamiseen mekanismeja, jotka ovat energiatehokkaita, skaalautuvia ja turvallisia ja tarjoavat paljon paremman tehon kuin Bitcoinin järjestelmä. Tämä "Chainweb" -niminen kokoonpano mahdollistaa Kadenan suorittamisen jopa 480 000 tapahtumaa sekunnissa (TPS) 20 ketjun ollessa käynnissä samanaikaisesti.
6. Päätösvaltaisuus
Quorum-salausjärjestelmän konsensusmekanismi on Istanbul Byzantine Fault Tolerance (IBFT) -konsensusmekanismi. QuorumChain delegoi äänioikeudet solmujoukolle (validaattorit); yksi solmu tehdään ehdottajaksi aloittamaan lohkon vahvistus, kun taas muut solmut vahvistavat lohkon. Jos yli 1/3 poolin solmuista toimii väärin, lohkoa ei lisätä.
Bysantin vikasietoisuuden tulevaisuus on valoisa
Niin kauan kuin kryptovaluutat ja lohkoketjuteknologia ovat olemassa, myös Bysantin vikasietoisuus ja muut konsensusmekanismit ovat. Nämä mekanismit kuitenkin todennäköisesti kehittyvät edelleen.
Aluksi Ethereum integroi BFT: n PoW: n avulla, mutta Ethereum siirtyi PoW: sta PoS: ään ja päivitti BFT-algoritminsa. Samoin näet jatkuvasti uudempia ja parempia järjestelmiä ajan myötä. Muista, että kryptoavaruus kehittyy jatkuvasti.
