Důvěra a bezpečnost jsou pro technologii blockchainu životně důležité – a mechanismus byzantské tolerance chyb (BFT) je jádrem bezpečnosti blockchainu.
BFT zajišťuje, že blockchainy pokračují v provozu, i když jsou někteří účastníci sítě nespolehliví nebo zlomyslní. Co je tedy BFT, jak funguje a proč je pro technologii blockchain tak zásadní?
Co je byzantská odolnost proti chybám?
Byzantská odolnost proti chybám označuje schopnost sítě nebo systému pokračovat v činnosti, i když jsou některé součásti vadné nebo selhaly.
Se systémem BFT fungují blockchainové sítě nebo provádějí plánované akce tak dlouho, dokud je většina účastníků sítě spolehlivá a opravdová. To znamená, že více než polovina nebo dvě třetiny uzlů v síti blockchain musí souhlasit s ověřením transakce a jejím přidáním do bloku.
Aby kompromitované uzly způsobily zlobu na byzantském blockchainu odolném proti chybám, musí být ve většině. Tato zloba může být ve formě dvojího utrácení, a
51% útok, a Sybil útok, a tak dále.Byzantská odolnost proti chybám v blockchainové technologii pochází z byzantského obecného problému, jehož průkopníky jsou Leslie Lamport, Marshall Pease a Robert Shostak. Tento koncept se stal prominentním, když vydali článek s kopií hostované společností Microsoft s názvem „Problém byzantských generálů (PDF)“ v roce 1982.
Lamport, Pease a Šostak popsali případ skupiny generálů z byzantské armády tábořící u nepřátelského města. Každý generál měl vlastní armádu a potřeboval komunikovat a jednomyslně se rozhodnout, zda zaútočit nebo ustoupit.
Problém byl ve společné akci mezi některými zkompromitovanými generály. Tomuto dilematu se říkalo byzantská chyba, a když se systém úspěšně vypořádá s tímto problémem, říká se, že je byzantská chyba tolerantní.
Byzantský koncept odolnosti proti chybám byl poté aplikován na kryptoměnovou blockchainovou síť. V kryptoprostoru jsou generálové uzly, které ověřují krypto transakce.
Jak funguje byzantská odolnost proti chybám?
Decentralizované sítě implementují byzantskou odolnost proti chybám prostřednictvím konsensuálních pravidel nebo protokolů. Všechny uzly v síti musí dodržovat tyto protokoly nebo algoritmy, pokud se chtějí podílet na ověřování a zpracování transakcí.
Aby byla transakce ověřena, zpracována a přidána do rostoucího bloku, musí většina uzlů souhlasit s tím, že transakce je autentická prostřednictvím konsenzuálního algoritmu sítě. Bitcoin, Ethereum a další blockchainy proof of work (PoW) a proof of stake (PoS) využívají algoritmy BFT.
V konsenzuálním algoritmu PoW těžaři v síti řeší kryptografické hádanky, aby ověřili a vytvořili bloky zaznamenávající transakce. Těžař, který vyřeší hádanky jako první, získá právo přidat transakci do rostoucího bloku a získat odměnu za blok. Ale těžař musí zveřejnit důkaz, že vyřešil hádanku, aby mohl přidat blok.
Proces těžby v PoW blockchainech vyžaduje drahé počítače nebo těžební zařízení. Tato vysoká cena odrazuje těžaře od sdílení nepravdivých informací, protože ostatní účastníci by je odmítli. Snižuje také pravděpodobnost, že zlomyslní aktéři získají kontrolu nad většinou uzlů v systému.
Mezitím s mechanismem konsenzu PoS musíte vsadit určité množství kryptotokenů získat právo na potvrzení transakce. Poté, pokud vás síťový protokol vybere, můžete transakci přidat do rostoucího bloku a získat odměnu za blok.
PoS systémy řeší byzantské poruchy pomocí různých metod. Například Ethereum používá Casperův algoritmus, který vyžaduje alespoň dvě třetiny uzlů k dosažení konsensu o blocích. Nakonec systémy PoS potřebují, aby se většina uzlů dohodla na blocích, než je lze přidat.
Tyto blockchainy využívají konsenzuální algoritmy BFT, aby odolávaly uzlům v menšině, které nesouhlasí s konsensem. Blockchain síť tak může pokračovat ve své funkci, odmítat chybné nebo nepoctivé transakce.
Role byzantské odolnosti proti chybám v technologii blockchain
Technologie blockchain spoléhá na byzantskou odolnost proti chybám z těchto důvodů:
- BFT udržuje blockchainovou síť nepřetržitě funkční, dokonce i s některými nesouhlasnými uzly.
- Udržuje síť v bezpečí a zabraňuje zlomyslnosti, která může přijít ve formě 51% útoku (nebo útoků Sybil) nebo dvojitého utrácení.
Omezení byzantské odolnosti proti chybám
Byzantská odolnost proti chybám přinesla blockchainovému průmyslu obrovské výhody. Systém má však stále problémy, zejména praktický byzantský algoritmus konsensu s odolností proti chybám (pBFT).
Praktická byzantská odolnost proti chybám je optimalizovanou formou původní byzantské odolnosti proti chybám. pBFT pracuje prostřednictvím asynchronního systému sestávajícího z primárního vedoucího uzlu a dalších záložních uzlů. V tomto systému nemůže být škodlivých uzlů více než poctivých uzlů, obvykle ne do jedné třetiny. Uzly spolu vždy komunikují, aby bylo zajištěno, že se většina uzlů (těch poctivých) shodne na stavu sítě.
Některá omezení pBFT zahrnují následující:
- Vysoká komunikace: Aby systém zůstal funkční, vyžaduje zvýšenou komunikaci mezi uzly. Tento proces je časově náročný a vede k problémům se škálovatelností.
- Problémy se škálovatelností: pBFT má problémy se škálovatelností, zejména u sítí, které jsou velmi rozsáhlé.
- Nízká bezpečnost: pBFT je náchylný k útokům Sybil, kdy jeden uzel v síti předstírá, že je 51 % ostatních uzlů, aby dominoval síti a způsoboval zlobu.
Šest populárních BFT blockchainových platforem
Zde jsou některé blockchainy, které integrují byzantské mechanismy odolnosti proti chybám.
1. bitcoin
Bitcoin začleňuje byzantskou odolnost proti chybám do své sítě prostřednictvím protokolu proof of work consensus. Algoritmus PoW konsenzu blockchainu nařizuje všem uzlům na blockchainu, aby zkontrolovaly datovou strukturu, velikost bloku, časové razítko bloku, hash hlavičky bloku a první transakci na všech datech. Tento proces se nazývá hašování dat, využívá výpočetní výkon.
2. Ethereum
Dříve používal PoW, blockchain Ethereum přešel na systém PoS který řeší jeho byzantské problémy. Síťoví validátoři vsadí své Ether tokeny a protokol vybírá poctivé validátory, kteří zpracovávají transakce, ověřují bloky a volí vedoucího řetězce. Protokol nutí stakery, aby byli upřímní, takže útok na síť je neúměrně drahý.
3. EOS
Blockchain EOSIO dosahuje konsensu prostřednictvím asynchronní byzantské vrstvy odolné proti chybám (aBFT) a vrstvy delegovaného důkazu o sázce (DPoS). Vrstva aBFT potvrzuje každý blok transakcí, dokud se nejedná o poslední nevratný blok (LIB). Vrstva DPoS pak potvrdí LIB jako konečný, nevratný blok.
4. Vlnění
Ripple nepoužívá ani jeden z mechanismů PoW ani PoS konsensu. Místo toho používá protokol XRP Ledger Consensus Protocol, byzantský mechanismus konsensu odolný proti chybám. Blockchain nadále normálně funguje, pokud je nedůvěryhodných validátorů méně než 20 % z celkového počtu validátorů. Tento systém zabraňuje dvojímu utrácení a zlepšuje integritu blockchainu.
5. Kadena
Kadena používá k potvrzení bloků konsenzuální mechanismus ScalableBFT. Blockchain kombinuje bitcoinový systém PoW se změnou decentralizovaného vícenásobného paralelního blockchainu. mechanismy, které jsou energeticky účinné, škálovatelné a bezpečné a poskytují mnohem lepší výstup než bitcoiny Systém. Toto nastavení nazvané „Chainweb“ umožňuje Kadeně provádět až 480 000 transakcí za sekundu (TPS) s 20 souběžně běžícími řetězci.
6. Kvorum
Mechanismus konsensu pro kryptosystém Quorum je istanbulský konsensus mechanismus byzantské tolerance chyb (IBFT). QuorumChain deleguje práva hlasovat na skupinu uzlů (validátorů); jeden uzel se stane navrhovatelem, aby inicioval potvrzení bloku, zatímco ostatní uzly ověří blok. Pokud se více než 1/3 uzlů ve fondu chová nesprávně, blok nebude vložen.
Budoucnost byzantské odolnosti proti chybám je jasná
Dokud budou kryptoměny a technologie blockchainu existovat, bude také byzantská odolnost proti chybám a další mechanismy konsenzu. Tyto mechanismy se však budou pravděpodobně nadále vyvíjet.
Zpočátku Ethereum integrovalo BFT pomocí PoW, ale Ethereum přešlo z PoW na PoS a aktualizovalo svůj algoritmus BFT. Stejně tak časem uvidíte novější a lepší systémy. Pamatujte, že kryptoprostor se neustále vyvíjí.