تحمل گسل عملی بیزانس چیست؟ راهنمای کامل مبتدیان

مدل های اجماع یکی از م componentلفه های اصلی سیستم های بلاکچین توزیع شده و قطعاً یکی از مهمترین عملکردهای آنهاست. آنها ستون فقرات کاربران هستند تا بتوانند به روشی غیر قابل اعتماد با یکدیگر تعامل داشته باشند و اجرای صحیح آنها در سیستم عامل ارزهای رمزپایه ، انواع جدیدی از شبکه ها را با پتانسیل خارق العاده ایجاد کرده است..

در متن سیستم های توزیع شده, تحمل گسل بیزانس توانایی یک شبکه رایانه ای توزیع شده برای عملکرد دلخواه و دستیابی صحیح به اجماع کافی علی رغم خراب شدن اجزای مخرب (گره) های سیستم یا انتشار اطلاعات نادرست به سایر همتایان است..

هدف این است که با کاهش نفوذ این گره های مخرب بر عملکرد صحیح شبکه و اجماع صحیح که توسط گره های صادق در سیستم حاصل می شود ، در برابر خرابی های سیستم فاجعه بار دفاع کنیم..

برگرفته از مشکل ژنرال های بیزانس, این معضل به طور گسترده مورد تحقیق و بهینه سازی قرار گرفته است با مجموعه ای متنوع از راه حل ها در عمل و به طور فعال در حال توسعه است.

مشکل ژنرال های بیزانس ، تصویر توسط دبراج گوش

تحمل گسل عملی بیزانس (pBFT) یکی از این بهینه سازی هاست و توسط میگل کاسترو و باربارا لیسکوف در مقاله ای دانشگاهی در سال 1999 با عنوان “تحمل عملی خطای بیزانس“.

هدف آن بهبود مکانیسم های اصلی توافق BFT است و در چندین سیستم رایانه ای توزیع شده مدرن ، از جمله برخی از سیستم عامل های بلاکچین معروف ، پیاده سازی و تقویت شده است.

مروری بر تحمل عملی گسل بیزانس

مدل pBFT در درجه اول بر ارائه یک تکرار عملی دستگاه دولت بیزانس متمرکز است که گسل های بیزانس (گره های مخرب) را از طریق فرض وجود خرابی گره های مستقل و پیام های دستکاری شده توسط گره های خاص و مستقل تحمل می کند.

این الگوریتم برای کار در سیستم های ناهمزمان طراحی شده است و بهینه سازی شده است تا با یک عملکرد سربار قابل توجه و فقط با افزایش اندکی تأخیر ، دارای عملکرد بالا باشد..

• اساساً ، همه گره ها در مدل pBFT در یک ترتیب مرتب می شوند که یک گره گره اصلی است (رهبر) و بقیه از آنها به عنوان گره های پشتیبان یاد می شود.
• همه گره های درون سیستم با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند و هدف این است که همه گره های صادق از طریق اکثریت وضعیت سیستم را به توافق برسانند..
• گره ها به شدت با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند و نه تنها باید ثابت کنند که پیام ها از یک گره همکار خاص آمده اند ، بلکه باید تأیید کنند که پیام هنگام انتقال اصلاح نشده است.

تحمل عملی خطای بیزانس ، تصویر توسط آلتوروس

برای کارکرد مدل pBFT ، فرض این است که میزان گره های مخرب در شبکه نمی تواند به طور همزمان از یک گره کلی در سیستم در یک پنجره مشخص آسیب پذیری برابر یا بیشتر شود..

گره های بیشتری در سیستم وجود دارد ، از نظر ریاضی بعید است که یک عدد نزدیک به ⅓ از گره های کلی مخرب باشد. این الگوریتم به طور م bothثر هر دو سرزندگی و ایمنی را تأمین می کند ، حداکثر (n-1) / ⅓) ، جایی که n نشان دهنده کل گره ها است ، در عین حال مخرب یا معیوب هستند.

نتیجه بعدی این است که در نهایت ، پاسخ های دریافت شده توسط مشتری از درخواست آنها به دلیل درست است قابلیت خطی بودن.

هر دور از اجماع pBFT (به نام دیدگاه) به 4 مرحله کاهش می یابد. این مدل بیشتر از یک مسئله “ژنرال های بیزانس” خالص ، از فرمت “فرمانده و ستوان” پیروی می کند ، زیرا همه ژنرال ها به دلیل وجود یک گره رهبر ، برابر هستند. مراحل زیر است.

1. مشتری درخواستی را برای فراخوانی عملیات سرویس به گره رهبر ارسال می کند.
2. گره رهبر درخواست را به گره های پشتیبان چندرسانه ای می کند.
3. گره ها درخواست را اجرا می کنند و سپس پاسخی برای مشتری ارسال می کنند.
4. مشتری در انتظار f + 1 (f نشان دهنده حداکثر تعداد گره هایی است که ممکن است معیوب باشد) پاسخ از گره های مختلف با همان نتیجه. این نتیجه نتیجه عملیات است.

الزامات گره ها تعیین کننده بودن آنهاست و از همان حالت شروع می شوند. نتیجه نهایی این است که همه گره های صادق در مورد ترتیب ثبت به توافق می رسند و یا آن را می پذیرند یا آن را رد می کنند.

گره رهبر در هر بار مشاهده در قالب نوع روبان تغییر می کند و حتی اگر مدت زمان مشخصی سپری شود بدون اینکه گره رهبر درخواست چندپخشی را طی کند ، می توان آن را با پروتکل ای به نام تغییر تغییر داد..

یک اکثر گره های صادق همچنین می توانند در مورد معیوب بودن یک رهبر تصمیم بگیرند و آنها را با رهبر بعدی در خط به عنوان جایگزین حذف می کنند..

مزایا و ملاحظات با مدل pBFT

مدل اجماع pBFT برای کاربردهای عملی طراحی شده است و کمبودهای خاص آن در مقاله اصلی همراه با برخی از بهینه سازی های اصلی برای پیاده سازی الگوریتم در سیستم های دنیای واقعی ذکر شده است..

برعکس ، مدل pBFT مزایای قابل توجهی نسبت به سایر مدل های اجماع فراهم می کند.

مزایای pBFT ، تصویر توسط زلیقا

یکی از مزایای اصلی مدل pBFT توانایی آن در ارائه نهایی تراکنش بدون نیاز به تأیید مانند مدل های اثبات کار مانند مدل بیت کوین است..

اگر یک بلوک پیشنهادی توسط گره ها در یک سیستم pBFT توافق شود ، آن بلوک نهایی است. این امر به این دلیل امکان پذیر است که همه گره های صادق در نتیجه ارتباط آنها با یکدیگر در مورد وضعیت سیستم در آن زمان خاص توافق دارند.

یکی دیگر از مزایای مهم مدل pBFT در مقایسه با سیستم های PoW کاهش چشمگیر مصرف انرژی است.

در یک مدل اثبات کار مانند بیت کوین ، برای هر بلوک یک دور PoW مورد نیاز است. این امر منجر به مصرف برق شبکه بیت کوین توسط معدنچیانی که سالانه رقیب کشورهای کوچک هستند ، می شود.

بیت کوین چیست؟ راهنمای نهایی برای مبتدیان

با توجه به اینکه pBFT از نظر محاسباتی فشرده نیست ، کاهش قابل ملاحظه ای در انرژی الکتریکی اجتناب ناپذیر است زیرا استخراج کنندگان در حال حل یک الگوریتم هش هشدار محاسباتی PoW برای هر بلوک نیستند..

علی رغم مزیت های روشن و امیدوارکننده آن ، برخی از محدودیت های اساسی در سازوکار اجماع pBFT وجود دارد. به طور خاص ، مدل به دلیل حجم ناگهانی ارتباطی که بین گره ها مورد نیاز است ، فقط در شکل کلاسیک خود با اندازه های گروهی اجماعی کوچک به خوبی کار می کند.

در این مقاله استفاده از امضاهای دیجیتال و MAC (کد تأیید روش) به عنوان قالب برای احراز هویت پیام ها ذکر شده است ، با این حال استفاده از MAC با میزان ارتباط مورد نیاز بین گره ها در گروه های اجماع بزرگ مانند شبکه های ارزهای رمزپایه بسیار ناکارآمد است و با MAC ها ، ناتوانی ذاتی در اثبات اصالت پیام ها به شخص ثالث.

اگرچه امضاهای دیجیتالی و چند رقمی پیشرفت چشمگیری نسبت به MAC ها ایجاد می کنند ، اما غلبه بر محدودیت ارتباطی مدل pBFT ضمن حفظ همزمان امنیت مهمترین پیشرفت مورد نیاز برای هر سیستمی است که به دنبال اجرای کارآمد آن است.

مدل pBFT نیز مستعد ابتلا به است حملات سیبیل که در آن یک حزب واحد می تواند تعداد زیادی هویت (گره در شبکه) ایجاد یا دستکاری کند ، بنابراین شبکه را به خطر می اندازد.

این با اندازه های بزرگتر شبکه کاهش می یابد ، اما مقیاس پذیری و توانایی توان بالایی در مدل pBFT با اندازه های بزرگتر کاهش می یابد و بنابراین باید بهینه شود یا در ترکیب با مکانیزم اجماع دیگر استفاده شود.

سیستم عامل های اجرای نسخه های بهینه شده pBFT امروز

امروزه تعداد معدودی از سیستم عامل های بلاکچین وجود دارد که از نسخه های بهینه یا ترکیبی الگوریتم pBFT به عنوان مدل اجماع یا حداقل بخشی از آن در ترکیب با سازوکار اجماع دیگر استفاده می کنند..

زلیقا

Zilliqa یک نسخه کاملاً بهینه از pBFT کلاسیک را در ترکیب با دور اجماع PoW در هر 100 بلوک استفاده می کند. آنها از چند علامت برای کاهش سربار ارتباطات pBFT کلاسیک استفاده می کنند و در محیط آزمایش خود ، آنها به TPS چند هزار رسیده اند با این امید که مقادیر بیشتری به گره های بیشتری اضافه کنند.

این نیز یک نتیجه مستقیم از اجرای آنها از pBFT در معماری خرد کردن آنها است به طوری که گروه های اجماع pBFT در خرده های خاص کوچکتر می مانند ، بنابراین ماهیت توان بالای مکانیسم را حفظ می کنند در حالی که اندازه گروه اجماع را محدود می کنند.

هایپرلجر

پارچه هایپرلجر یک محیط مشترک منبع باز برای پروژه ها و فناوری های بلاکچین است که توسط بنیاد لینوکس میزبانی می شود و از نسخه مجاز الگوریتم pBFT برای سیستم عامل خود استفاده می کند.

از آنجا که زنجیره های مجاز از گروه های اجماع کوچک استفاده می کنند و نیازی به عدم تمرکز در بلاک چین های باز و عمومی مانند Ethereum ندارند ، pBFT یک پروتکل اجماع موثر برای ارائه معاملات با بازده بالا است بدون اینکه نگران بهینه سازی بستر برای مقیاس بندی برای گروه های بزرگ اجماع باشید..

علاوه بر این ، بلاکچین های مجاز خصوصی هستند و با دعوت از هویت شناخته شده ، بنابراین اعتماد بین طرفین از قبل وجود دارد ، نیاز ذاتی به یک محیط بی اعتماد را کاهش می دهد ، زیرا تصور می شود کمتر از parties از طرف های شناخته شده به عمد سیستم را به خطر می اندازند.

نتیجه

تحمل خطای بیزانس یک مفهوم کاملاً مطالعه شده در سیستم های توزیع شده و ادغام آن از طریق الگوریتم عملی تحمل گسل بیزانس در سیستم ها و سیستم عامل های دنیای واقعی است ، چه از طریق یک نسخه بهینه شده یا از فرم ترکیبی ، هنوز یک جز key اصلی زیرساخت ارزهای رمزپایه است.

با ادامه توسعه و نوآوری سیستم عامل ها در زمینه مدل های اجماع برای سیستم های بزرگ بلاکچین عمومی ، ارائه مکانیزم های پیشرفته تحمل خطای بیزانس برای حفظ یکپارچگی سیستم های مختلف و ماهیت قابل اعتماد آنها بسیار مهم است.