Förtroende och säkerhet är avgörande för blockchain-teknologin – och den bysantinska feltoleransen (BFT) konsensusmekanismen är kärnan i en blockchains säkerhet.
BFT säkerställer att blockkedjor fortsätter att fungera, även om vissa nätverksdeltagare är opålitliga eller skadliga. Så vad är BFT, hur fungerar det och varför är det så avgörande för blockchain-teknik?
Vad är bysantinsk feltolerans?
Bysantinsk feltolerans hänvisar till ett nätverks eller systems förmåga att fortsätta fungera även när vissa komponenter är felaktiga eller har gått sönder.
Med ett BFT-system fortsätter blockchain-nätverk att fungera eller implementera planerade åtgärder så länge som de flesta nätverksdeltagare är pålitliga och äkta. Det betyder att över hälften eller två tredjedelar av noderna i blockchain-nätverket måste gå med på att validera en transaktion och lägga till den i blocket.
För att komprometterade noder ska orsaka illvilja på en bysantinsk feltolerant blockkedja måste de vara i majoritet. Denna illvilja kan vara i form av dubbla utgifter, en 51% attack, a Sybil attack, och så vidare.
Bysantinsk feltolerans inom blockkedjeteknik kommer från det bysantinska allmänna problemet som pionjärer av Leslie Lamport, Marshall Pease och Robert Shostak. Detta koncept blev framträdande när de publicerade en tidning, med en kopia värd av Microsoft, kallad 'The Byzantine Generals Problem (PDF)' 1982.
Lamport, Pease och Shostak beskrev fallet med en grupp generaler från den bysantinska armén som campade utanför en fiendestad. Varje general hade sin egen armé och behövde kommunicera och fatta ett enhälligt beslut om huruvida de skulle attackera eller dra sig tillbaka.
Problemet var att genomföra en gemensam aktion bland några komprometterade generaler. Detta dilemma kallades ett bysantinskt fel, och när ett system lyckas tackla detta problem, sägs det vara bysantinskt feltolerant.
Det bysantinska feltoleranta konceptet applicerades sedan på kryptovalutans blockkedjenätverk. I kryptorymden är generalerna de noder som validerar kryptotransaktioner.
Hur fungerar den bysantinska feltoleransen?
Decentraliserade nätverk implementerar bysantinsk feltolerans via konsensusregler eller protokoll. Alla noder i nätverket måste följa dessa protokoll eller algoritmer om de vill delta i validering och bearbetning av transaktioner.
För att en transaktion ska valideras, bearbetas och läggas till i ett växande block måste de flesta noder vara överens om att transaktionen är autentisk genom nätverkets konsensusalgoritm. Bitcoin, Ethereum och andra proof of work (PoW) och proof of stake (PoS) blockkedjor använder BFT-algoritmer.
I PoW-konsensusalgoritmen löser gruvarbetarna på nätverket kryptografiska pussel för att validera och producera block som registrerar transaktioner. Gruvarbetaren som löser pusslen först vinner rätten att lägga till transaktionen i det växande blocket och tjäna blockbelöningen. Men gruvarbetaren måste publicera bevis på att de löste pusslet för att lägga till blocket.
Gruvprocessen i PoW-blockkedjor kräver dyra datorer eller gruvriggar. Denna höga kostnad avskräcker gruvarbetare från att dela falsk information eftersom andra deltagare skulle avvisa den. Det minskar också sannolikheten för att illvilliga aktörer ska få kontroll över de flesta noder i systemet.
Under tiden, med PoS konsensusmekanismen, måste du satsa en viss mängd kryptotokens för att få rätten att validera transaktionen. Sedan, om nätverksprotokollet väljer dig, kan du lägga till transaktionen i det växande blocket och tjäna blockbelöningen.
PoS-system löser bysantinska fel med olika metoder. Till exempel använder Ethereum Casper-algoritmen, som kräver minst två tredjedelar av noderna för att nå konsensus om block. I slutändan behöver PoS-system att de flesta noder kommer överens om block innan de kan läggas till.
Dessa blockkedjor använder BFT-konsensusalgoritmer för att motstå de noder i minoriteten som inte håller med konsensus. På så sätt kan blockchain-nätverket fortsätta med sin funktion och avvisa felaktiga eller oärliga transaktioner.
Rollen av bysantinsk feltolerans i blockkedjeteknik
Blockchain-teknik förlitar sig på bysantinsk feltolerans av dessa skäl:
- BFT håller blockchain-nätverket kontinuerligt fungerande, även med några oeniga noder.
- Det håller nätverket säkert och förhindrar illvilja som kan komma i form av en attack på 51 % (eller Sybil-attacker) eller dubbla utgifter.
Begränsningar av bysantinsk feltolerans
Bysantinsk feltolerans har medfört enorma fördelar för blockchain-industrin. Systemet har dock fortfarande problem, särskilt den praktiska bysantinska feltoleranta konsensusalgoritmen (pBFT).
Den praktiska bysantinska feltoleransen är en optimerad form av den ursprungliga bysantinska feltoleransen. pBFT fungerar genom ett asynkront system som består av en primär ledarnod och andra backupnoder. I det här systemet kan de skadliga noderna inte vara fler än de ärliga noderna, vanligtvis inte upp till en tredjedel. Noderna kommunicerar alltid med varandra för att säkerställa att de flesta noder (de ärliga) kommer överens om nätverkets tillstånd.
Några begränsningar för pBFT inkluderar följande:
- Hög kommunikation: För att förbli funktionellt kräver systemet utökad kommunikation mellan noderna. Denna process är tidskrävande och leder till skalbarhetsproblem.
- Skalbarhetsproblem: pBFT har problem med skalbarhet, särskilt med nätverk som är mycket omfattande.
- Låg säkerhet: pBFT är benäget för Sybil-attacker, där en nod på nätverket låtsas vara 51 % av de andra noderna för att dominera nätverket och orsaka illvilja.
Sex populära BFT Blockchain-baserade plattformar
Här är några blockkedjor som integrerar de bysantinska feltoleransmekanismerna.
1. Bitcoin
Bitcoin införlivar bysantinsk feltolerans i sitt nätverk genom protokollet för proof of work-konsensus. Blockkedjans PoW-konsensusalgoritm ger alla noder i blockkedjan mandat att kontrollera datastrukturen, blockstorleken, blockets tidsstämpel, blockheader-hash och den första transaktionen på varje data. Denna process, som kallas datahashning, använder beräkningskraft.
2. Ethereum
Tidigare använde PoW, Ethereum-blockkedjan har övergått till ett PoS-system som löser dess bysantinska problem. Nätverksvaliderare satsar sina Ether-tokens och protokollet väljer ärliga validatorer för att bearbeta transaktioner, validera block och rösta på en chef i en kedja. Protokollet tvingar aktörer att vara ärliga, vilket gör attacker mot nätverket oöverkomligt dyrt.
3. EOS
EOSIO blockchain uppnår konsensus via ett asynkront bysantinskt feltolerant (aBFT) lager och ett delegerat proof of stake (DPoS) lager. aBFT-lagret bekräftar varje block av transaktioner tills det är det sista irreversibla blocket (LIB). DPoS-lagret bekräftar sedan LIB som det sista, irreversibla blocket.
4. Krusning
Ripple använder inte någon av PoW- eller PoS-konsensusmekanismerna. Istället använder den XRP Ledger Consensus Protocol, en bysantinsk feltolerant konsensusmekanism. Blockkedjan fortsätter att fungera normalt om de opålitliga validerarna är mindre än 20 % av det totala antalet validerare. Detta system förhindrar dubbla utgifter och förbättrar blockchain-integriteten.
5. Kadena
Kadena använder en ScalableBFT-konsensusmekanism för att bekräfta blockeringar. Blockkedjan kombinerar Bitcoins PoW-system med att förändra decentraliserad multipel parallell blockkedjekonsensus mekanismer som är energieffektiva, skalbara och säkra och ger en mycket bättre effekt än Bitcoins systemet. Denna inställning, kallad "Chainweb", tillåter Kadena att utföra upp till 480 000 transaktioner per sekund (TPS) med 20 kedjor som körs samtidigt.
6. Quorum
Konsensusmekanismen för Quorums kryptosystem är Istanbul Byzantine Fault Tolerance (IBFT) konsensusmekanism. QuorumChain delegerar rösträtten till en pool av noder (validatorer); en nod görs till förslagsställaren att initiera blockbekräftelsen medan de andra noderna validerar blocket. Om mer än 1/3 av noderna i poolen beter sig felaktigt kommer blocket inte att infogas.
Framtiden för bysantinsk feltolerans är ljus
Så länge kryptovalutor och blockchain-teknik fortsätter att existera, kommer bysantinsk feltolerans och andra konsensusmekanismer också att göra det. Men dessa mekanismer kommer sannolikt att fortsätta att utvecklas.
Inledningsvis integrerade Ethereum BFT med PoW, men Ethereum bytte från PoW till PoS och uppdaterade sin BFT-algoritm. På samma sätt kommer du att fortsätta att se nyare och bättre system med tiden. Kom ihåg att kryptoutrymmet ständigt utvecklas.
