Η εμπιστοσύνη και η ασφάλεια είναι ζωτικής σημασίας για την τεχνολογία blockchain—και ο συναινετικός μηχανισμός βυζαντινής ανοχής σφαλμάτων (BFT) βρίσκεται στον πυρήνα της ασφάλειας ενός blockchain.
Το BFT διασφαλίζει ότι οι αλυσίδες μπλοκ συνεχίζουν να λειτουργούν, ακόμη και αν ορισμένοι συμμετέχοντες στο δίκτυο είναι αναξιόπιστοι ή κακόβουλοι. Τι είναι λοιπόν το BFT, πώς λειτουργεί και γιατί είναι τόσο σημαντικό για την τεχνολογία blockchain;
Τι είναι η βυζαντινή ανοχή σφαλμάτων;
Η βυζαντινή ανοχή σφαλμάτων αναφέρεται στην ικανότητα ενός δικτύου ή συστήματος να συνεχίσει να λειτουργεί ακόμα και όταν ορισμένα στοιχεία είναι ελαττωματικά ή έχουν αποτύχει.
Με ένα σύστημα BFT, τα δίκτυα blockchain συνεχίζουν να λειτουργούν ή να εφαρμόζουν προγραμματισμένες ενέργειες, εφόσον οι περισσότεροι συμμετέχοντες στο δίκτυο είναι αξιόπιστοι και γνήσιοι. Αυτό σημαίνει ότι πάνω από τους μισούς ή τα δύο τρίτα των κόμβων στο δίκτυο blockchain πρέπει να συμφωνήσουν να επικυρώσουν μια συναλλαγή και να την προσθέσουν στο μπλοκ.
Προκειμένου οι παραβιασμένοι κόμβοι να προκαλέσουν κακία σε μια βυζαντινή αλυσίδα μπλοκ ανοχής σε σφάλματα, πρέπει να αποτελούν την πλειοψηφία. Αυτή η κακία μπορεί να έχει τη μορφή διπλής δαπάνης, α 51% επίθεση, ένα Επίθεση Σύμπιλ, και ούτω καθεξής.
Η βυζαντινή ανοχή σφαλμάτων στην τεχνολογία blockchain προέρχεται από το βυζαντινό γενικό πρόβλημα που πρωτοστάτησε οι Leslie Lamport, Marshall Pease και Robert Shostak. Αυτή η ιδέα έγινε εμφανής όταν δημοσίευσαν μια εργασία, με ένα αντίγραφο φιλοξενείται από τη Microsoft, με την ονομασία «The Byzantine Generals Problem (PDF)το 1982.
Οι Lamport, Pease και Shostak περιέγραψαν την περίπτωση μιας ομάδας στρατηγών του βυζαντινού στρατού που στρατοπέδευαν έξω από μια εχθρική πόλη. Κάθε στρατηγός είχε το δικό του στρατό και έπρεπε να επικοινωνήσει και να πάρει ομόφωνη απόφαση για το αν θα επιτεθεί ή θα υποχωρήσει.
Το πρόβλημα ήταν η εκτέλεση μιας κοινής δράσης ανάμεσα σε κάποιους συμβιβασμένους στρατηγούς. Αυτό το δίλημμα ονομάστηκε βυζαντινό ρήγμα και όταν ένα σύστημα αντιμετωπίζει με επιτυχία αυτό το πρόβλημα, λέγεται ότι είναι βυζαντινό ανεκτικό σε σφάλματα.
Η βυζαντινή ιδέα ανοχής σε σφάλματα εφαρμόστηκε στη συνέχεια στο δίκτυο blockchain κρυπτονομισμάτων. Στον χώρο της κρυπτογράφησης, οι γενικοί είναι οι κόμβοι που επικυρώνουν τις συναλλαγές κρυπτογράφησης.
Πώς λειτουργεί το Byzantine Fault Tolerance;
Τα αποκεντρωμένα δίκτυα εφαρμόζουν τη βυζαντινή ανοχή σφαλμάτων μέσω συναινετικών κανόνων ή πρωτοκόλλων. Όλοι οι κόμβοι στο δίκτυο πρέπει να συμμορφώνονται με αυτά τα πρωτόκολλα ή αλγόριθμους εάν θέλουν να συμμετέχουν στην επικύρωση και την επεξεργασία συναλλαγών.
Για να επικυρωθεί, να υποβληθεί σε επεξεργασία και να προστεθεί μια συναλλαγή σε ένα αναπτυσσόμενο μπλοκ, οι περισσότεροι κόμβοι πρέπει να συμφωνήσουν ότι η συναλλαγή είναι αυθεντική μέσω του συναινετικού αλγόριθμου του δικτύου. Το Bitcoin, το Ethereum και άλλα blockchains απόδειξης εργασίας (PoW) και απόδειξης στοιχήματος (PoS) χρησιμοποιούν αλγόριθμους BFT.
Στον αλγόριθμο συναίνεσης PoW, οι εξορύκτες στο δίκτυο λύνουν κρυπτογραφικούς γρίφους για να επικυρώσουν και να παράγουν μπλοκ που καταγράφουν συναλλαγές. Ο εξορύκτης που λύνει πρώτος τους γρίφους κερδίζει το δικαίωμα να προσθέσει τη συναλλαγή στο αναπτυσσόμενο μπλοκ και να κερδίσει την ανταμοιβή του μπλοκ. Αλλά ο εξορύκτης πρέπει να δημοσιεύσει απόδειξη ότι έλυσε το παζλ για να προσθέσει το μπλοκ.
Η διαδικασία εξόρυξης σε μπλοκ αλυσίδες PoW απαιτεί ακριβούς υπολογιστές ή εξορύξεις εξόρυξης. Αυτό το υψηλό κόστος αποθαρρύνει τους ανθρακωρύχους από το να μοιράζονται ψευδείς πληροφορίες επειδή άλλοι συμμετέχοντες θα τις απέρριπταν. Μειώνει επίσης την πιθανότητα οι κακόβουλοι παράγοντες να αποκτήσουν τον έλεγχο των περισσότερων κόμβων στο σύστημα.
Εν τω μεταξύ, με τον μηχανισμό συναίνεσης PoS, πρέπει ποντάρετε ένα ορισμένο ποσό κρυπτονομισμάτων για να κερδίσετε το δικαίωμα επικύρωσης της συναλλαγής. Στη συνέχεια, εάν το πρωτόκολλο δικτύου σας επιλέξει, μπορείτε να προσθέσετε τη συναλλαγή στο αναπτυσσόμενο μπλοκ και να κερδίσετε την ανταμοιβή μπλοκ.
Τα συστήματα PoS επιλύουν βυζαντινά σφάλματα χρησιμοποιώντας διαφορετικές μεθόδους. Για παράδειγμα, το Ethereum χρησιμοποιεί τον αλγόριθμο Casper, ο οποίος απαιτεί τουλάχιστον τα δύο τρίτα των κόμβων για να επιτευχθεί συναίνεση στα μπλοκ. Τελικά, τα συστήματα PoS χρειάζονται τους περισσότερους κόμβους για να συμφωνήσουν σε μπλοκ προτού προστεθούν.
Αυτές οι αλυσίδες μπλοκ χρησιμοποιούν αλγόριθμους συναίνεσης BFT για να αντισταθούν στους κόμβους της μειοψηφίας που δεν συμφωνούν με τη συναίνεση. Με αυτόν τον τρόπο, το δίκτυο blockchain μπορεί να προχωρήσει στη λειτουργία του, απορρίπτοντας ελαττωματικές ή ανέντιμες συναλλαγές.
Ο ρόλος της βυζαντινής ανοχής σφαλμάτων στην τεχνολογία Blockchain
Η τεχνολογία Blockchain βασίζεται στη βυζαντινή ανοχή σφαλμάτων για τους εξής λόγους:
- Το BFT διατηρεί το δίκτυο blockchain συνεχώς λειτουργικό, ακόμη και με ορισμένους κόμβους που διαφωνούν.
- Διατηρεί το δίκτυο ασφαλές, αποτρέποντας την κακοήθεια που μπορεί να εμφανιστεί με τη μορφή επίθεσης 51% (ή επιθέσεων Sybil) ή διπλής δαπάνης.
Περιορισμοί Βυζαντινής Ανοχής Ρηγμάτων
Η βυζαντινή ανοχή σφαλμάτων έχει επιφέρει τεράστια οφέλη στη βιομηχανία του blockchain. Ωστόσο, το σύστημα εξακολουθεί να έχει προβλήματα, ειδικά τον πρακτικό βυζαντινό αλγόριθμο συναίνεσης με ανοχή σε σφάλματα (pBFT).
Η πρακτική βυζαντινή ανοχή σφαλμάτων είναι μια βελτιστοποιημένη μορφή της αρχικής βυζαντινής ανοχής σφαλμάτων. Το pBFT λειτουργεί μέσω ενός ασύγχρονου συστήματος που αποτελείται από έναν κύριο κόμβο οδηγό και άλλους εφεδρικούς κόμβους. Σε αυτό το σύστημα, οι κακόβουλοι κόμβοι δεν μπορούν να είναι περισσότεροι από τους ειλικρινείς κόμβους, συνήθως όχι μέχρι το ένα τρίτο. Οι κόμβοι επικοινωνούν πάντα μεταξύ τους για να διασφαλίσουν ότι οι περισσότεροι κόμβοι (οι ειλικρινείς) συμφωνούν για την κατάσταση του δικτύου.
Μερικοί περιορισμοί του pBFT περιλαμβάνουν τους ακόλουθους:
- Υψηλή επικοινωνία: Για να παραμείνει λειτουργικό, το σύστημα απαιτεί αυξημένη επικοινωνία μεταξύ των κόμβων. Αυτή η διαδικασία είναι χρονοβόρα και οδηγεί σε προβλήματα επεκτασιμότητας.
- Ζητήματα επεκτασιμότητας: Το pBFT έχει προβλήματα με την επεκτασιμότητα, ειδικά με δίκτυα που είναι πολύ εκτεταμένα.
- Χαμηλή ασφάλεια: Το pBFT είναι επιρρεπές σε επιθέσεις Sybil, όπου ένας κόμβος στο δίκτυο προσποιείται ότι είναι το 51% των άλλων κόμβων ότι κυριαρχεί στο δίκτυο και προκαλεί κακία.
Έξι δημοφιλείς πλατφόρμες που βασίζονται σε BFT Blockchain
Εδώ είναι μερικά blockchains που ενσωματώνουν τους βυζαντινούς μηχανισμούς ανοχής σφαλμάτων.
1. Bitcoin
Το Bitcoin ενσωματώνει τη βυζαντινή ανοχή σφαλμάτων στο δίκτυό του μέσω του πρωτοκόλλου συναίνεσης απόδειξης εργασίας. Ο αλγόριθμος συναίνεσης PoW του blockchain υποχρεώνει όλους τους κόμβους στο blockchain να ελέγχουν τη δομή δεδομένων, το μέγεθος του μπλοκ, τη χρονική σήμανση μπλοκ, τον κατακερματισμό κεφαλίδας μπλοκ και την πρώτη συναλλαγή σε κάθε δεδομένα. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται κατακερματισμός δεδομένων, χρησιμοποιεί υπολογιστική ισχύ.
2. Ethereum
Χρησιμοποιώντας προηγουμένως PoW, το blockchain Ethereum έχει μεταβεί σε ένα σύστημα PoS που λύνει τα βυζαντινά της προβλήματα. Οι επικυρωτές δικτύου ποντάρουν τα Ether token τους και το πρωτόκολλο επιλέγει ειλικρινείς επικυρωτές για να επεξεργαστεί τις συναλλαγές, να επικυρώσει μπλοκ και να ψηφίσει για έναν επικεφαλής μιας αλυσίδας. Το πρωτόκολλο αναγκάζει τους παίκτες να είναι ειλικρινείς, καθιστώντας την επίθεση στο δίκτυο απαγορευτικά δαπανηρή.
3. EOS
Το blockchain EOSIO επιτυγχάνει συναίνεση μέσω ενός ασύγχρονου βυζαντινού στρώματος ανοχής σε σφάλματα (aBFT) και ενός στρώματος εξουσιοδότησης απόδειξης συμμετοχής (DPoS). Το επίπεδο aBFT επιβεβαιώνει κάθε μπλοκ συναλλαγών μέχρι να είναι το τελευταίο μη αναστρέψιμο μπλοκ (LIB). Στη συνέχεια, το επίπεδο DPoS επιβεβαιώνει το LIB ως το τελικό, μη αναστρέψιμο μπλοκ.
4. Κυματισμός
Το Ripple δεν χρησιμοποιεί κανέναν από τους μηχανισμούς συναίνεσης PoW ή PoS. Αντίθετα, χρησιμοποιεί το XRP Ledger Consensus Protocol, έναν βυζαντινό συναινετικό μηχανισμό ανοχής σε σφάλματα. Το blockchain συνεχίζει να λειτουργεί κανονικά εάν οι μη αξιόπιστοι επικυρωτές είναι λιγότεροι από το 20% των συνολικών επικυρωτών. Αυτό το σύστημα αποτρέπει τη διπλή δαπάνη και βελτιώνει την ακεραιότητα του blockchain.
5. Kadena
Το Kadena χρησιμοποιεί έναν μηχανισμό συναίνεσης ScalableBFT για να επιβεβαιώσει τα μπλοκ. Το blockchain συνδυάζει το σύστημα PoW του Bitcoin με την αλλαγή της αποκεντρωμένης συναίνεσης πολλαπλών παράλληλων blockchain μηχανισμοί που είναι ενεργειακά αποδοτικοί, επεκτάσιμοι και ασφαλείς και παρέχουν πολύ βελτιωμένη απόδοση από το Bitcoin Σύστημα. Αυτή η ρύθμιση, που ονομάζεται "Chainweb", επιτρέπει στο Kadena να πραγματοποιεί έως και 480.000 συναλλαγές ανά δευτερόλεπτο (TPS) με 20 αλυσίδες που λειτουργούν ταυτόχρονα.
6. Απαρτία
Ο μηχανισμός συναίνεσης για το κρυπτοσύστημα Quorum είναι ο συναινετικός μηχανισμός ανοχής βλαβών της Κωνσταντινούπολης (IBFT). Το QuorumChain εκχωρεί τα δικαιώματα ψήφου σε μια ομάδα κόμβων (επικυρωτές). Ένας κόμβος ανατίθεται στον προτείνοντα να ξεκινήσει την επιβεβαίωση του μπλοκ ενώ οι άλλοι κόμβοι επικυρώνουν το μπλοκ. Εάν περισσότεροι από το 1/3 των κόμβων στο pool συμπεριφέρονται εσφαλμένα, το μπλοκ δεν θα εισαχθεί.
Το μέλλον της βυζαντινής ανοχής σφαλμάτων είναι λαμπρό
Όσο εξακολουθούν να υπάρχουν τα κρυπτονομίσματα και η τεχνολογία blockchain, η βυζαντινή ανοχή σφαλμάτων και άλλοι μηχανισμοί συναίνεσης θα συνεχίσουν επίσης. Ωστόσο, αυτοί οι μηχανισμοί πιθανότατα θα συνεχίσουν να εξελίσσονται.
Αρχικά, το Ethereum ενσωμάτωσε το BFT χρησιμοποιώντας PoW, αλλά το Ethereum άλλαξε από PoW σε PoS και ενημέρωσε τον αλγόριθμό του BFT. Ομοίως, θα συνεχίσετε να βλέπετε νεότερα και καλύτερα συστήματα με τον καιρό. Θυμηθείτε, ο χώρος κρυπτογράφησης εξελίσσεται συνεχώς.