分布式一致性—拜占庭將軍問題_THE

提起區塊鏈，大家似乎感覺這項技術很神秘。今天從技術的角度剖析一下區塊鏈的分布式一致性問題，很多研究人員稱此問題為分布式領域的幽靈，也就是大家常常聽到的拜占庭將軍問題。

拜占庭將軍問題是LeslieLamport提出的針對分布式對等網絡中的通信容錯問題。

LeslieLamport在其論文TheByzantineGeneralsProblem中以一個示例形象的描述了此問題：一組拜占庭將軍分別各率領一支軍隊共同圍困一座城市。為了簡化問題，各支軍隊的行動策略僅限定為進攻或撤離兩種。因為部分軍隊進攻、部分軍隊撤離可能會造成災難性后果，因此各位將軍必須通過投票來達成一致策略，即所有軍隊一起進攻或所有軍隊一起撤離。因為各位將軍分別處于城市不同方向，他們只能通過信使互相聯系。在投票過程中每位將軍都將自己投票給進攻還是撤退的信息通過信使分別通知其他所有將軍，從而，每位將軍根據自己的投票和其他所有將軍送來的信息就可以知道共同的投票結果而決定行動策略。

分布式資本合伙人沈波：錢包已被盜，賣出LQTY非其本人操作:4月16日消息，分布式資本合伙人沈波對此前有關其“賣出超過55萬枚LQTY”的消息做出回應，稱其錢包地址已被盜，賣出操作非其個人行為。據Spot On Chain監測，分布式資本創始合伙人沈波在9小時前以2.42美元的高價將557,140 枚LQTY兌換為613枚ETH，總價值為135萬美元。

據此前消息，去年11月23日，沈波在推特上表示：“個人常用894結尾錢包，共4200萬美元價值資產，其中包含3800萬枚USDC在紐約時間11月10日凌晨被盜。被盜資產為個人資金，與分布式相關基金無關”。（PANews ）[2023/4/16 14:06:38]

用通信術語描述拜占庭將軍問題：可靠的計算機系統必須處理有故障的組件，這些組件的引入可能與系統其它部分信息沖突。根本不發送任何消息，向不同的鄰居發送不同且錯誤的消息，以及謊報自己的輸入值。一個可靠的計算機系統必須能夠處理一個或多個組件的失敗。失敗的組件出現被忽略的行為，向系統的其他部分發送不一致的信息。

CoinRoutes“分布式加密貨幣智能訂單路由器”獲美國專利批準:3月16日消息，加密軟件即服務開發商CoinRoutes最新的企業交易解決方案“Distributed Crypto-Currency Smart Order Router with Cost Calculator”（帶成本計算器的分布式加密貨幣智能訂單路由器）或美國專利批準該公司的最新產品旨在幫助交易員駕馭加密市場。華爾街資深人士、CoinRoutes CEO表示，該設計允許CoinRoutes為每個客戶提供安全的企業解決方案。[2023/3/17 13:09:00]

在分布式計算中，不同的計算交換通訊信息從而達成共識并按照同一套協作策略行動。但有時，系統中的成員計算機可能因出錯而發送錯誤的信息，用于傳遞信息的通訊網絡也可能導致信息損壞，使得網絡中不同的成員關于全體協作的策略得出不同結論，從而破壞系統一致性。

Securitize宣布收購分布式技術市場系統:10月15日，代幣化證券發行和交易平臺Securitize宣布，已簽署收購分布式技術市場（DTM）系統的協議。DTM是在美國證券交易委員會(SEC)和美國金融業監管局(FINRA)注冊的經紀交易商和另類交易系統。而作為收購的一部分，Securitize還將收購DTM子公司Velocity Markets，Velocity Markets是一家貨幣服務公司在幾個州擁有貨幣兌換商執照。（CoinDesk）[2020/10/15]

拜占庭將軍問題是存在前提假設條件的，在消息丟失的不可靠信道上試圖通過消息傳遞的方式達到一致性是不可能的，因此對一致性的研究一般假設是建立在信道是可靠的這個前提下。拜占庭將軍問題的核心是允許存在少數節點作惡的情況下如何達成共識的問題。

英國央行：目前實時全額結算系統與分布式賬本技術不能兼容: 近日，據英國央行公告稱，其正在進行一項概念驗證（PoC），以了解更新后的實時全額結算系統（RTGS）服務如何與分布式賬本技術（DLT）進行交互。實時全額結算系統是一種特殊的支付系統，是銀行間實時并對支付發生額進行全部交割的結算方式。盡管銀行得出分布式賬本技術對于為下一代實時全額結算系統提供核心來說是不成熟的，但它也表示，但它高度重視并希望確保這項新服務能夠在區塊鏈技術成熟時，與其兼容。同時，歐洲央行與日本銀行發布了他們關于將區塊鏈技術應用于證券結算交易方面的研究。[2018/3/29]

拜占庭將軍問題實際上是如何讓一個分布式系統的保持一致性和在特定條件下保持正確性的問題。可抽象為滿足以下2個條件的算法：

條件IC1.所有忠誠的將軍得出相同的作戰指令，并且按指令執行，保持指令的一致性。

條件IC2.如果作戰指令是忠誠的將軍發出的，所有忠誠的將軍會遵循該將軍發出的作戰指令，特定條件下的正確性。

LeslieLamport論文里TheByzantineGeneralsProblem提到了OralMessages和Signedmessages兩個解決方案，其算法如下：

1、OM(m)口頭協議算法

結論：如果有m個叛軍，必須至少有3m+1位將軍才能保證口頭協議算法能解“拜占庭將軍問題”。

前提假設：

A1.每個被發送的消息都能夠被正確的投遞

A2.信息接收者知道是誰發送的消息

A3.能夠知道缺少的消息(如果叛軍不配合發送消息，算法默認一個值“撤退”的來替代)

證明過程：

https://www.microsoft.com/en-us/research/uploads/prod/2016/12/The-Byzantine-Generals.pdf

2、SM簽名協議算法

結論：在不管有多少叛軍的情況下，都能讓忠誠的將軍們保持一致的行動

前提假設：

A1.每個被發送的消息都能夠被正確的投遞

A2.信息接收者知道是誰發送的消息

A3.能夠知道缺少的消息(如果叛軍不配合發送消息，算法默認一個值“撤退”的來替代)

A4.1簽名不可被偽造，一旦被篡改即可發現

A4.2任何人都可以驗證將軍簽名的可靠性

證明過程：

https://www.microsoft.com/en-us/research/uploads/prod/2016/12/The-Byzantine-Generals.pdf

讀者如果想對分布式算法深入解析，如Paxos、Pow、BFT，推薦區塊鏈核心算法一書，文中有部分值得深入研讀的參考文獻。

參考文獻：

TheByzantineGeneralsProblem.LESLIELAMPORT,ROBERTSHOSTAK,andMARSHALLPEASESRIInternational

區塊鏈核心算法解析.RogerWattenhofer

參考鏈接

TheByzantineGeneralsProblem

同步鏈接：

https://www.microsoft.com/en-us/research/uploads/prod/2016/12/The-Byzantine-Generals.pdf

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