Доверието и сигурността са жизненоважни за блокчейн технологията – и консенсусният механизъм за византийска устойчивост на грешки (BFT) е в основата на безопасността на блокчейн.
BFT гарантира, че блокчейните продължават да работят, дори ако някои участници в мрежата са ненадеждни или злонамерени. И така, какво е BFT, как работи и защо е толкова важен за блокчейн технологията?
Какво е византийска толерантност към грешки?
Византийската толерантност към грешки се отнася до способността на мрежа или система да продължи да функционира дори когато някои компоненти са дефектни или са се повредили.
Със система BFT блокчейн мрежите продължават да функционират или изпълняват планирани действия, докато повечето участници в мрежата са надеждни и истински. Това означава, че повече от половината или две трети от възлите в блокчейн мрежата трябва да се съгласят да валидират транзакция и да я добавят към блока.
За да могат компрометираните възли да причинят злонамереност на византийски устойчив на грешки блокчейн, те трябва да са мнозинство. Тази злоба може да бъде под формата на двойно харчене, a 51% атака, а Сибил атака, и така нататък.
Византийската отказоустойчивост в блокчейн технологията произлиза от византийския общ проблем, създаден от Лесли Лампорт, Маршал Пийз и Робърт Шостак. Тази концепция стана известна, когато публикуваха хартия с копие хостван от Microsoft, наречен „Проблемът с византийските генерали (PDF)' през 1982 г.
Лампорт, Пийз и Шостак описват случая на група генерали от византийската армия, лагеруващи извън вражески град. Всеки генерал имаше собствена армия и трябваше да общува и да вземе единодушно решение дали да атакува или да отстъпи.
Проблемът беше провеждането на съвместна акция сред някои компрометирани генерали. Тази дилема беше наречена византийска грешка и когато дадена система се справи успешно с този проблем, се казва, че е устойчива на византийска грешка.
След това византийската концепция за устойчивост на грешки беше приложена към блокчейн мрежата за криптовалута. В крипто пространството генералите са възлите, които валидират крипто транзакциите.
Как работи византийската отказоустойчивост?
Децентрализираните мрежи прилагат византийска толерантност към грешки чрез консенсусни правила или протоколи. Всички възли в мрежата трябва да се придържат към тези протоколи или алгоритми, ако искат да участват в валидирането и обработката на транзакции.
За да бъде валидирана, обработена и добавена транзакция към нарастващ блок, повечето възли трябва да се съгласят, че транзакцията е автентична чрез консенсусния алгоритъм на мрежата. Bitcoin, Ethereum и други блокови вериги с доказателство за работа (PoW) и доказателство за дял (PoS) използват BFT алгоритми.
В консенсусния алгоритъм на PoW миньорите в мрежата решават криптографски пъзели, за да валидират и произвеждат блокове, записващи транзакции. Копачът, който пръв реши пъзелите, печели правото да добави транзакцията към нарастващия блок и да спечели наградата за блока. Но миньорът трябва да публикува доказателство, че е решил пъзела, за да добави блока.
Процесът на копаене в PoW blockchains изисква скъпи компютри или съоръжения за копаене. Тази висока цена обезсърчава миньорите да споделят невярна информация, защото други участници биха я отхвърлили. Освен това намалява вероятността злонамерени участници да получат контрол над повечето възли в системата.
Междувременно, с механизма за консенсус на PoS, вие трябва заложете определено количество крипто токени за да спечелите правото да потвърдите транзакцията. След това, ако мрежовият протокол ви избере, можете да добавите транзакцията към нарастващия блок и да спечелите наградата за блок.
PoS системите решават византийските грешки, използвайки различни методи. Например, Ethereum използва алгоритъма на Casper, който изисква поне две трети от възлите, за да постигнат консенсус относно блоковете. В крайна сметка PoS системите се нуждаят от повечето възли, за да се споразумеят за блокове, преди да могат да бъдат добавени.
Тези блокчейни използват BFT алгоритми за консенсус, за да се противопоставят на възлите в малцинството, които не са съгласни с консенсуса. По този начин блокчейн мрежата може да продължи със своята функция, отхвърляйки грешни или нечестни транзакции.
Ролята на византийската отказоустойчивост в блокчейн технологията
Блокчейн технологията разчита на византийската толерантност към грешки поради следните причини:
- BFT поддържа блокчейн мрежата непрекъснато функционална, дори и с някои несъгласувани възли.
- Той поддържа мрежата защитена, предотвратявайки злонамереност, която може да дойде под формата на 51% атака (или атаки на Sybil) или двойно харчене.
Ограничения на византийската отказоустойчивост
Византийската отказоустойчивост донесе огромни ползи за блокчейн индустрията. Въпреки това системата все още има проблеми, особено практичния византийски алгоритъм за консенсус, устойчив на грешки (pBFT).
Практическата византийска устойчивост на грешки е оптимизирана форма на оригиналната византийска устойчивост на грешки. pBFT работи чрез асинхронна система, състояща се от първичен водещ възел и други резервни възли. В тази система злонамерените възли не могат да бъдат повече от честните възли, обикновено не до една трета. Възлите винаги комуникират помежду си, за да гарантират, че повечето възли (честните) са съгласни относно състоянието на мрежата.
Някои ограничения на pBFT включват следното:
- Висока комуникация: За да остане функционална, системата изисква повишена комуникация между възлите. Този процес отнема време и води до проблеми с мащабируемостта.
- Проблеми с мащабируемостта: pBFT има проблеми с мащабируемостта, особено с мрежи, които са много обширни.
- Ниска сигурност: pBFT е предразположен към Sybil атаки, при които един възел в мрежата се преструва, че е 51% от другите възли, за да доминира в мрежата и да причини злонамереност.
Шест популярни BFT базирани на блокчейн платформи
Ето някои блокчейни, които интегрират византийските механизми за устойчивост на грешки.
1. Биткойн
Биткойн включва византийска устойчивост на грешки в своята мрежа чрез консенсусния протокол за доказателство за работа. Консенсусният алгоритъм на PoW на блокчейна задължава всички възли на блокчейна да проверяват структурата на данните, размера на блока, клеймото за време на блока, хеша на заглавката на блока и първата транзакция на всеки данни. Този процес се нарича хеширане на данни, използва изчислителна мощност.
2. Ethereum
Използвайки преди това PoW, блокчейн Ethereum премина към PoS система което решава византийските проблеми. Мрежовите валидатори залагат своите Ether токени и протоколът избира честни валидатори за обработка на транзакции, валидиране на блокове и гласуване за ръководител на верига. Протоколът принуждава участниците да бъдат честни, което прави атаката на мрежата прекалено скъпа.
3. EOS
EOSIO blockchain постига консенсус чрез асинхронен византийски слой, устойчив на грешки (aBFT) и слой с делегирано доказателство за залог (DPoS). Слоят aBFT потвърждава всеки блок от транзакции, докато стане последният необратим блок (LIB). След това DPoS слоят потвърждава LIB като последен, необратим блок.
4. пулсации
Ripple не използва нито един от механизмите за консенсус PoW или PoS. Вместо това, той използва XRP Ledger Consensus Protocol, византийски механизъм за консенсус, устойчив на грешки. Блокчейнът продължава да функционира нормално, ако ненадеждните валидатори са по-малко от 20% от общия брой валидатори. Тази система предотвратява двойното харчене и подобрява целостта на блокчейна.
5. Кадена
Kadena използва консенсусен механизъм ScalableBFT за потвърждаване на блокове. Блокчейнът съчетава PoW системата на биткойн с променящ се децентрализиран консенсус за множество паралелни блокчейн механизми, които са енергийно ефективни, мащабируеми и сигурни и осигуряват много по-добра продукция от биткойн система. Тази настройка, наречена „Chainweb“, позволява на Kadena да извършва до 480 000 транзакции в секунда (TPS) с 20 вериги, работещи едновременно.
6. Кворум
Механизмът за консенсус за криптосистемата Quorum е консенсусният механизъм за толерантност към грешки в Истанбул (IBFT). QuorumChain делегира правата за гласуване на набор от възли (валидатори); един възел е направен предложителят да инициира потвърждаването на блока, докато другите възли валидират блока. Ако повече от 1/3 от възлите в пула се държат неправилно, блокът няма да бъде вмъкнат.
Бъдещето на византийската отказоустойчивост е светло
Докато криптовалутите и блокчейн технологията продължават да съществуват, византийската отказоустойчивост и други консенсусни механизми също ще съществуват. Тези механизми обаче вероятно ще продължат да се развиват.
Първоначално Ethereum интегрира BFT с помощта на PoW, но Ethereum премина от PoW към PoS и актуализира своя BFT алгоритъм. По същия начин ще продължите да виждате по-нови и по-добри системи с времето. Не забравяйте, че крипто пространството непрекъснато се развива.
