Мадэлі кансенсусу з'яўляюцца асноўным кампанентам размеркаваных блокчейн-сістэм і, безумоўна, адным з найбольш важных для іх функцыянальнасці. Яны з'яўляюцца асновай для карыстальнікаў, каб мець магчымасць узаемадзейнічаць адзін з адным недаверлівым чынам, і іх правільнае ўкараненне ў крыптавалютныя платформы стварыла новую разнастайнасць сетак з незвычайным патэнцыялам.
У кантэксце размеркаваных сістэм, візантыйская Адмоваўстойлівасць гэта здольнасць размеркаванай камп'ютэрнай сеткі функцыянаваць па жаданні і карэктна дасягаць дастатковага кансенсусу, нягледзячы на тое, што шкоднасныя кампаненты (вузлы) сістэмы выходзяць з ладу або распаўсюджваюць няправільную інфармацыю іншым партнёрам.
Мэта складаецца ў тым, каб абараніцца ад катастрафічных збояў сістэмы шляхам змякчэння ўплыву гэтых шкоднасных вузлоў на правільную працу сеткі і правільны кансенсус, які дасягаецца сумленнымі вузламі ў сістэме.
Паходзіць ад Праблема візантыйскіх генералаў, гэтая дылема была шырока даследавана і аптымізавана з разнастайным наборам рашэнняў на практыцы і актыўна распрацоўваецца.
Праблема візантыйскіх генералаў, выява Дэбрадж Гош
Practical Byzantine Fault Tolerance (pBFT) з'яўляецца адной з такіх аптымізацый і была прадстаўлена Мігелем Кастра і Барбарай Ліскоў у навуковай працы ў 1999 годзе пад назвай «Практычная візантыйская адмоваўстойлівасць».
Ён накіраваны на паляпшэнне арыгінальных механізмаў кансенсусу BFT і быў рэалізаваны і пашыраны ў некалькіх сучасных размеркаваных кампутар сістэмы, у тым ліку некаторыя папулярныя блокчейны Платформы.
Агляд практычнай візантыйскай адмоваўстойлівасці
Мадэль pBFT у першую чаргу засяроджана на прадастаўленні практычнай візантыйскай рэплікацыі становага аўтамата, якая дапускае візантыйскія памылкі (шкоднасныя вузлы) праз здагадку, што існуюць незалежныя збоі вузлоў і маніпуляваныя паведамленні, якія распаўсюджваюцца пэўнымі незалежнымі вузламі.
Алгарытм распрацаваны для працы ў асінхронных сістэмах і аптымізаваны для высокай прадукцыйнасці з уражлівым часам выканання і нязначным павелічэннем затрымкі.
- Па сутнасці, усе вузлы ў мадэлі pBFT упарадкаваны ў паслядоўнасці, прычым адзін вузел з'яўляецца асноўным вузлом (лідэрам), а астатнія называюць рэзервовымі вузламі.
- Усе вузлы ў сістэме маюць зносіны адзін з адным, і мэта складаецца ў тым, каб усе сумленныя вузлы прыйшлі да згоды аб стане сістэмы праз большасць.
- Вузлы інтэнсіўна ўзаемадзейнічаюць адзін з адным і павінны не толькі даказваць, што паведамленні паступаюць ад пэўнага аднарангавага вузла, але і правяраць, што паведамленне не было зменена падчас перадачы.
Практычная візантыйская адмоваўстойлівасць, выява Альтарос
Каб мадэль pBFT працавала, мяркуецца, што колькасць шкоднасных вузлоў у сетцы не можа адначасова раўняцца або перавышаць ⅓ ад агульнай колькасці вузлоў у сістэме ў дадзеным акне ўразлівасці.
Чым больш вузлоў у сістэме, тым матэматычна малаверагодней, што колькасць, якая набліжаецца да ⅓ ад агульнай колькасці вузлоў, будзе шкоднаснай. Алгарытм эфектыўна забяспечвае як жывучасць, так і бяспеку, пакуль не больш за (n-1) / ⅓), дзе n уяўляе сабой агульную колькасць вузлоў, з'яўляюцца шкоднаснымі або няспраўнымі адначасова.
Наступным вынікам з'яўляецца тое, што ў рэшце рэшт, адказы, атрыманыя кліентамі на іх запыты, правільныя з-за линеаризуемость.
Кожны раўнд кансенсусу pBFT (званы праглядамі) зводзіцца да 4 этапаў. Гэтая мадэль прытрымліваецца больш фармату «Камандзір і лейтэнант», чым чыста візантыйскай праблемы генералаў, дзе ўсе генералы роўныя з-за наяўнасці вузла лідэра. Фазы прыведзены ніжэй.
- Кліент адпраўляе запыт на вядучы вузел, каб выклікаць аперацыю службы.
- Вядучы вузел адпраўляе запыт на рэзервовыя вузлы.
- Вузлы выконваюць запыт, а затым адпраўляюць адказ кліенту.
- Кліент чакае f + 1 (f уяўляе максімальную колькасць вузлоў, якія могуць быць няспраўнымі) адказаў ад розных вузлоў з аднолькавым вынікам. Такі вынік з'яўляецца вынікам аперацыі.
Патрабаванні да вузлоў заключаюцца ў тым, каб яны былі дэтэрмінаванымі і пачыналіся ў адным стане. Канчатковым вынікам з'яўляецца тое, што ўсе сумленныя вузлы дамаўляюцца аб парадку запісу і альбо прымаюць яго, альбо адхіляюць.
Вядучы вузел змяняецца ў фармаце кругавога тыпу падчас кожнага прагляду і нават можа быць заменены пратаколам пад назвай view change, калі пэўны прамежак часу прайшоў без таго, каб вядучы вузел шматадрасаваў запыт.
Супербольшасць сумленных вузлоў можа таксама вырашыць, ці з'яўляецца лідэр няспраўным, і выдаліць іх з дапамогай наступнага лідэра ў чарзе ў якасці замены.
Перавагі і праблемы мадэлі pBFT
Мадэль кансенсусу pBFT была распрацавана для практычнага прымянення, і яе канкрэтныя недахопы згадваюцца ў арыгінальнай навуковай працы разам з некаторымі ключавымі аптымізацыямі для ўкаранення алгарытму ў рэальныя сістэмы.
Наадварот, мадэль pBFT дае некаторыя значныя перавагі перад іншымі мадэлямі кансенсусу.
Перавагі pBFT, выява Zilliqa
Адной з галоўных пераваг мадэлі pBFT з'яўляецца яе здольнасць забяспечваць канчатковасць транзакцыі без неабходнасці пацверджанняў, як у мадэлях Proof-of-Work, такіх як тая, якую выкарыстоўвае біткойн.
Калі прапанаваны блок узгоднены вузламі ў сістэме pBFT, то гэты блок з'яўляецца канчатковым. Гэта магчыма дзякуючы таму, што ўсе сумленныя вузлы дамаўляюцца аб стане сістэмы ў гэты пэўны час у выніку іх зносін адзін з адным.
Яшчэ адна важная перавага мадэлі pBFT у параўнанні з сістэмамі PoW - гэта яе значнае зніжэнне спажывання энергіі.
У мадэлі Proof-of-Work, напрыклад у Bitcoin, для кожнага блока патрабуецца раунд PoW. Гэта прывяло да спажывання электраэнергіі Сетка биткойн Майнер супернічаючы з малымі краінамі штогод.
Паколькі pBFT не з'яўляецца вылічальна інтэнсіўным, істотнае скарачэнне электрычнай энергіі непазбежна, паколькі Майнер не вырашаюць кожны блок алгарытм хэшавання, які патрабуе вылічэнняў PoW.
Нягледзячы на відавочныя і перспектыўныя перавагі, механізм кансенсусу pBFT мае некаторыя асноўныя абмежаванні. У прыватнасці, мадэль добра працуе толькі ў сваёй класічнай форме з невялікімі памерамі кансенсусных груп з-за грувасткай колькасці сувязі, якая патрабуецца паміж вузламі.
У дакуменце згадваецца выкарыстанне лічбавых подпісаў і MAC (кодаў аўтэнтыфікацыі метадаў) у якасці фармату для аўтэнтыфікацыі паведамленняў, аднак выкарыстанне MAC надзвычай неэфектыўна з-за аб'ёму сувязі, неабходнай паміж вузламі ў вялікіх кансенсусных групах, такіх як криптовалютные сеткі, а з MAC існуе неад'емная няздольнасць даказаць трэцяй асобе сапраўднасць паведамленняў.
Нягледзячы на тое, што лічбавыя подпісы і мультысігі забяспечваюць значнае паляпшэнне ў параўнанні з MAC, пераадоленне камунікацыйных абмежаванняў мадэлі pBFT пры адначасовым падтрыманні бяспекі з'яўляецца найбольш важнай распрацоўкай, неабходнай для любой сістэмы, якая імкнецца эфектыўна рэалізаваць гэта.
Мадэль pBFT таксама схільная Сібіл нападае дзе адзін бок можа ствараць або маніпуляваць вялікай колькасцю ідэнтыфікацый (вузлоў у сетцы), такім чынам скампраметуючы сетку.
Гэта змякчаецца пры вялікіх памерах сетак, але маштабаванасць і высокая прапускная здольнасць мадэлі pBFT зніжаюцца з вялікімі памерамі, і таму іх трэба аптымізаваць або выкарыстоўваць у спалучэнні з іншым механізмам кансенсусу.
Платформы, якія ўкараняюць аптымізаваныя версіі pBFT сёння
Сёння існуе нешматлікія блокчейн-платформы, якія выкарыстоўваюць аптымізаваныя або гібрыдныя версіі алгарытму pBFT у якасці мадэлі кансенсусу або, па меншай меры, яе часткі, у спалучэнні з іншым механізмам кансенсусу.
Zilliqa
Zilliqa выкарыстоўвае вельмі аптымізаваную версію класічнага pBFT у спалучэнні з кансенсусам PoW кожныя ~100 блокаў. Яны выкарыстоўваюць мультысігнатуры для памяншэння камунікацыйных накладных выдаткаў у класічным pBFT, і ў сваіх уласных асяроддзях тэсціравання яны дасягнулі TPS у некалькі тысяч з надзеяй павялічыцца да яшчэ большага па меры дадання новых вузлоў.
Гэта таксама з'яўляецца прамым вынікам іх укаранення pBFT у іх архітэктуру сегментавання, так што кансенсусныя групы pBFT застаюцца меншымі ў пэўных шардах, такім чынам захоўваючы высокую прапускную здольнасць механізму, адначасова абмяжоўваючы памер кансенсуснай групы.
Hyperledger
Тканіна Hyperledger гэта асяроддзе сумеснай працы з адкрытым зыходным кодам для блокчейн-праектаў і тэхналогій, якое размяшчаецца Linux Foundation і выкарыстоўвае дазволеную версію алгарытму pBFT для сваёй платформы.
Паколькі дазволеныя ланцужкі выкарыстоўваюць невялікія кансенсусныя групы і не патрабуюць дэцэнтралізацыі адкрытых і публічных блокчейнов, такіх як Ethereum, pBFT з'яўляецца эфектыўным кансенсусным пратаколам для забеспячэння транзакцый з высокай прапускной здольнасцю без неабходнасці турбавацца аб аптымізацыі платформы для маштабавання да вялікіх кансенсусных груп .
Акрамя таго, дазволеныя блокчейны з'яўляюцца прыватнымі і па запрашэнні з вядомымі асобамі, так што давер паміж бакамі ўжо існуе, змякчаючы неад'емную патрэбу ў недаверлівым асяроддзі, паколькі мяркуецца, што менш за ⅓ з вядомых бакоў наўмысна скампраметуюць сістэму.
заключэнне
Byzantine Fault Tolerance - гэта добра вывучаная канцэпцыя ў размеркаваных сістэмах, і яе інтэграцыя праз алгарытм Practical Byzantine Fault Tolerance у рэальныя сістэмы і платформы, праз аптымізаваную версію або гібрыдную форму, застаецца ключавым кампанентам інфраструктуры крыптавалют сёння.
Па меры таго, як платформы працягваюць развівацца і ўводзіць інавацыі ў галіне кансенсусных мадэляў для шырокамаштабных публічных сістэм блокчейн, прадастаўленне перадавых візантыйскіх механізмаў адмоваўстойлівасці будзе мець вырашальнае значэнне для падтрымання цэласнасці розных сістэм і іх недаверлівага характару.
Крыніца: https://blockonomi.com/practical-byzantine-fault-tolerance/