Ποιο είναι το πρόβλημα των Βυζαντινών Στρατηγών;

Το Πρόβλημα των Βυζαντινών Στρατηγών είναι ένα θεμελιώδες ζήτημα στη σφαίρα των κατανεμημένων συστημάτων, που περικλείει τις προκλήσεις για την επίτευξη συναίνεσης σε ένα αποκεντρωμένο δίκτυο. Αυτό το πρόβλημα, που προέρχεται από τη θεωρία παιγνίων, είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση της δυναμικής της λήψης αποφάσεων όπου οι συμμετέχοντες δεν μπορούν να επαληθεύσουν την ταυτότητα ή την ακεραιότητα άλλων σε ένα περιβάλλον που χαρακτηρίζεται από αναξιόπιστα κανάλια επικοινωνίας.

Στον πυρήνα του, το Πρόβλημα των Βυζαντινών Στρατηγών παρουσιάζει ένα σενάριο όπου μια ομάδα στρατηγών, ο καθένας επικεφαλής μιας μεραρχίας ενός στρατού, πρέπει να αποφασίσει ομόφωνα εάν θα επιτεθεί ή θα υποχωρήσει από μια πολιορκημένη πόλη. Η ουσία του διλήμματος βρίσκεται στην αξιοπιστία των αγγελιοφόρων που είναι επιρρεπείς σε υποκλοπές ή διαφθορά από τους υπερασπιστές της πόλης. Η πρόκληση είναι για τους πιστούς στρατηγούς να επινοήσουν ένα πρωτόκολλο που θα υπερνικά την εξαπάτηση οποιουδήποτε ανέντιμου συμμετέχοντος, διασφαλίζοντας μια ισχυρή συναίνεση για μια συντονισμένη επίθεση ή υποχώρηση.

Αυτό το πρόβλημα είναι ιδιαίτερα εμφανές στα κατανεμημένα υπολογιστικά συστήματα, όπου η επίτευξη συναίνεσης χωρίς μια αξιόπιστη κεντρική αρχή αποτελεί σημαντικό εμπόδιο. Η αναλογία είναι ιδιαίτερα σημαντική στο πλαίσιο του Bitcoin και άλλων κρυπτονομισμάτων. Η επίλυση του προβλήματος των βυζαντινών στρατηγών ήταν μια κρίσιμη ανακάλυψη στη δημιουργία του Bitcoin. Έθεσε τις βάσεις για την ανάπτυξη αποκεντρωμένων ψηφιακών νομισμάτων, όπου η εμπιστοσύνη σε μια κεντρική οντότητα αντικαθίσταται από έναν μηχανισμό συναίνεσης μεταξύ των κόμβων του δικτύου.

Το Bitcoin αντιμετωπίζει αυτό το πρόβλημα μέσω του καινοτόμου συνδυασμού κρυπτογραφικών τεχνικών και ενός αλγορίθμου συναίνεσης . Αυτός ο συνδυασμός σχηματίζει ένα πρωτόκολλο που επιτρέπει στους κόμβους του δικτύου Bitcoin να συμφωνήσουν για την κατάσταση του blockchain, διασφαλίζοντας την ακεραιότητα και τη συνέχεια του κρυπτονομίσματος χωρίς την ανάγκη μιας κεντρικής αρχής. Η λύση στο Πρόβλημα των Βυζαντινών Στρατηγών αποτελεί λοιπόν ακρογωνιαίο λίθο στην ανάπτυξη της τεχνολογίας blockchain και των κρυπτονομισμάτων, ανοίγοντας το δρόμο για μια νέα εποχή αποκεντρωμένων ψηφιακών συναλλαγών.

Ιστορία του προβλήματος των βυζαντινών στρατηγών στην κατανεμημένη τεχνολογία

Το Πρόβλημα των Βυζαντινών Στρατηγών, μια έννοια καθοριστική στον τομέα της επιστήμης των υπολογιστών και των κατανεμημένων συστημάτων, εισήχθη για πρώτη φορά σε μια θεμελιώδη εργασία από τους Leslie Lamport , Robert Shostak και Marshall Pease το 1982. Αυτό το πρόβλημα περικλείει τις προκλήσεις της επίτευξης συναίνεσης μεταξύ των διαφόρων συνιστωσών του ένα κατανεμημένο σύστημα, ιδιαίτερα υπό συνθήκες όπου ορισμένα εξαρτήματα ενδέχεται να αποτύχουν ή να λειτουργήσουν αναξιόπιστα.

Το ερευνητικό έγγραφο, που έλαβε αξιοσημείωτη υποστήριξη από αναγνωρισμένους οργανισμούς όπως η NASA, η Διοίκηση Συστημάτων Άμυνας Βαλλιστικών Πυραύλων και το Γραφείο Ερευνών του Στρατού, τόνισε τη σημασία αυτού του προβλήματος όχι μόνο στις στρατιωτικές επικοινωνίες αλλά και σε διάφορα συστήματα υπολογιστών. Το πρόβλημα παρουσιάζει ένα σενάριο όπου πολλά τμήματα ενός στρατού, ανάλογα με τους κόμβους σε ένα δίκτυο υπολογιστών, πρέπει να συμφωνήσουν σε μια ενοποιημένη πορεία δράσης. Ωστόσο, αυτή η συναίνεση πρέπει να επιτευχθεί παρά την παρουσία αναξιόπιστων ή δυνητικά προδοτικών στοιχείων εντός του συστήματος, που συμβολίζονται από τους στρατηγούς και τους αγγελιοφόρους τους.

Στην εργασία τους, οι Lamport, Shostak και Pease διατυπώνουν ότι ένα αξιόπιστο σύστημα υπολογιστή πρέπει να διαχειριστεί την αστοχία ενός ή περισσότερων από τα στοιχεία του, τα οποία μπορεί να στείλουν αντικρουόμενες πληροφορίες. Αυτό οδηγεί στην έννοια της βυζαντινής ανοχής σφαλμάτων, ένα κρίσιμο χαρακτηριστικό για τη σωστή λειτουργία των συστημάτων ακόμη και σε περίπτωση αστοχιών εξαρτημάτων.

Στα τέλη της δεκαετίας του 1990 σημειώθηκαν περαιτέρω εξελίξεις με τους ερευνητές Barbara Liskov και Miguel Castro να ανέπτυξαν τον αλγόριθμο Practical Byzantine Fault Tolerance (pBFT), ενισχύοντας τη συναίνεση στα κατανεμημένα δίκτυα. Αν και το pBFT αντιμετώπισε προκλήσεις, ιδιαίτερα στην επεκτασιμότητα, έθεσε τις βάσεις για τις επόμενες τεχνολογίες blockchain.

Ένα σημαντικό ορόσημο για την αντιμετώπιση του Προβλήματος των Βυζαντινών Στρατηγών ήρθε με τη λευκή βίβλο του 2008 για το Bitcoin του Satoshi Nakamoto, που εισήγαγε τον αλγόριθμο απόδειξης εργασίας (PoW) . Αυτή η καινοτομία έφερε επανάσταση στον τομέα, προσφέροντας μια πρακτική λύση για την επίτευξη συναίνεσης σε ένα αποκεντρωμένο και μη αξιόπιστο περιβάλλον, ακρογωνιαίο λίθο στην ανάπτυξη των κρυπτονομισμάτων και της τεχνολογίας blockchain.

Το πρόβλημα των βυζαντινών στρατηγών έχει εξελιχθεί από ένα θεωρητικό δίλημμα στην επιστήμη των υπολογιστών σε ένα θεμελιώδες στοιχείο στις σύγχρονες τεχνολογίες υπολογιστών και κρυπτονομισμάτων, υπογραμμίζοντας τη σημασία της αξιόπιστης επικοινωνίας στα κατανεμημένα συστήματα.

Δημοφιλείς βυζαντινοί αλγόριθμοι ανοχής σφαλμάτων

Για να αποφύγετε τη διακοπή των κατανεμημένων συστημάτων από μια μικρή ομάδα επιβλαβών παραγόντων, είναι απαραίτητο να εφαρμόσετε έναν ισχυρό αλγόριθμο. Αυτή η ανάγκη οδήγησε στην ανάπτυξη βυζαντινών πρωτοκόλλων συναίνεσης με ανεκτικότητα σε σφάλματα, τα οποία βοηθούν στην παροχή αξιόπιστων κατανεμημένων υπολογιστών για τον αποτελεσματικό χειρισμό βυζαντινών αστοχιών.

Ένα τέτοιο πρωτόκολλο είναι το Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT), ένας αλγόριθμος συναίνεσης που έχει σχεδιαστεί για κατανεμημένα συστήματα. Το PBFT μπορεί να χειριστεί έως και το ένα τρίτο των κόμβων του που συμπεριφέρονται με βυζαντινό τρόπο - αυθαίρετα ή και κακόβουλα - χωρίς να διακυβεύεται η ακεραιότητα του δικτύου. Αυτός ο αλγόριθμος είναι προσαρμοσμένος ώστε να επιτυγχάνεται συναίνεση σχετικά με την αλληλουχία των ενεργειών με τον ταχύτερο δυνατό τρόπο, διατηρώντας παράλληλα συνεπή λειτουργία ακόμη και ενόψει βυζαντινών αποτυχιών. Το PBFT χρησιμοποιεί ένα μείγμα ψηφιακών υπογραφών, χρονικών ορίων και επιβεβαιώσεων για να διασφαλίσει τη συνεχή πρόοδο της διαδικασίας συναίνεσης, ακόμη και όταν ορισμένοι κόμβοι διακυβεύονται ή ενεργούν κακόβουλα, εφόσον η πλειοψηφία παραμένει αξιόπιστη.

Ένα άλλο σημαντικό πρωτόκολλο είναι η Ομοσπονδιακή Βυζαντινή Συμφωνία (FBA), προσαρμοσμένη για αποκεντρωμένα δίκτυα. Το FBA επιτρέπει στους κόμβους να επιτύχουν συναίνεση χωρίς την ανάγκη μιας κεντρικής αρχής. Λειτουργεί σχηματίζοντας ομοσπονδίες ανεξάρτητων κόμβων που εμπιστεύονται ο ένας τον άλλον. Σε κάθε ομοσπονδία, οι κόμβοι συμφωνούν ως προς τη σειρά και τη νομιμότητα των συναλλαγών ή των γεγονότων, επιτρέποντας σε διαφορετικές ομοσπονδίες να διεξάγουν τις διαδικασίες συναίνεσης ανεξάρτητα. Ένα παράδειγμα υλοποίησης που χρησιμοποιεί FBA είναι το Fedimint, ένα εξέχον πρωτόκολλο ανοιχτού κώδικα για συναλλαγές και φύλαξη Bitcoin. Η Fedimint χρησιμοποιεί τον αλγόριθμο συναίνεσης του ασβού βυζαντινού ελαττώματος (HBBFT), επιδεικνύοντας την προσαρμοστικότητα και την αποτελεσματικότητα του FBA σε εφαρμογές πραγματικού κόσμου.

Proof-of-Work (PoW) και το πρόβλημα των βυζαντινών στρατηγών

Τον Οκτώβριο του 2008, ο Satoshi Nakamoto αποκάλυψε την πρώτη λευκή βίβλο Bitcoin, θέτοντας τα θεμέλια για αυτό που θα γινόταν το δίκτυο Bitcoin τον Ιανουάριο του 2009. Αν και η λευκή βίβλος δεν αναφέρει ρητά το «πρόβλημα των βυζαντινών στρατηγών», προσφέρει ουσιαστικά μια λύση σε αυτό το μακροχρόνιο διαρκές ζήτημα στα ψηφιακά δίκτυα επικοινωνιών.

Η καινοτομία του Nakamoto περιλάμβανε τη χρήση κρυπτογραφικής ασφάλειας και κρυπτογράφησης δημόσιου κλειδιού για την αντιμετώπιση των προκλήσεων που θέτει το πρόβλημα των βυζαντινών στρατηγών στη σφαίρα των ψηφιακών συναλλαγών. Η κρυπτογραφική ασφάλεια χρησιμοποιεί κατακερματισμό - τη διαδικασία μετατροπής δεδομένων σε έναν μοναδικό κωδικό - για προστασία από παραβιάσεις. Η κρυπτογράφηση δημόσιου κλειδιού χρησιμοποιείται για τον έλεγχο ταυτότητας των συμμετεχόντων εντός του δικτύου.

Οι συναλλαγές σε Bitcoin είναι ασφαλισμένες μέσα σε μπλοκ, το καθένα συνδεδεμένο με το προηγούμενο μέσω μιας τιμής κατακερματισμού. Αυτό δημιουργεί μια ανιχνεύσιμη αλυσίδα πίσω στο πρώτο μπλοκ, γνωστό ως μπλοκ γένεσης. Το blockchain χρησιμοποιεί μια δομή Merkle Tree για τον έλεγχο ταυτότητας των κατακερματισμών που προέρχονται από αυτό το αρχικό μπλοκ.

Η εγκυρότητα εντός του δικτύου διασφαλίζεται καθώς κάθε μπλοκ ανατρέχει στο μπλοκ γένεσης. Οι ανθρακωρύχοι, που ανταγωνίζονται για την επίλυση πολύπλοκων κρυπτογραφικών γρίφων, επικυρώνουν αυτά τα μπλοκ ως μέρος του μηχανισμού συναίνεσης Proof of Work (PoW). Αυτή η προσέγγιση όχι μόνο εδραιώνει την ακεραιότητα του blockchain, αλλά δίνει επίσης κίνητρα στους εξορύκτες να παρέχουν αληθείς πληροφορίες, καθώς το κόστος δημιουργίας ενός μπλοκ είναι σημαντικό.

Η αντικειμενική φύση των κανόνων του Bitcoin εξαλείφει την πιθανότητα παραποίησης πληροφοριών ή διαφωνιών εντός του δικτύου. Τα κριτήρια για την επικύρωση συναλλαγών και την κοπή νέου Bitcoin είναι ξεκάθαρα και αμερόληπτα. Μόλις προστεθεί ένα μπλοκ στο blockchain, καθίσταται σχεδόν αδύνατο να αλλάξει, εδραιώνοντας έτσι το ιστορικό αρχείο των συναλλαγών.

Σε αυτό το σύστημα, οι ανθρακωρύχοι διαδραματίζουν ρόλο ανάλογο με τους στρατηγούς στο πρόβλημα των βυζαντινών στρατηγών, με κάθε κόμβο να είναι υπεύθυνος για την επαλήθευση των συναλλαγών - το σύγχρονο ισοδύναμο των μηνυμάτων στην αρχική αναλογία. Η χρήση κρυπτογραφικής ασφάλειας από το blockchain αποτρέπει πιθανές επιθέσεις από χάκερ (παρόμοια με τον εχθρό στην αναλογία), καθώς οι συναλλαγές ομαδοποιούνται σε μπλοκ και κατακερματίζονται για πρόσθετη ασφάλεια. Ο σχεδιασμός του Satoshi εισάγει ένα πιθανοτικό στοιχείο τοποθετώντας τους εξορύκτες σε ένα ανταγωνιστικό περιβάλλον για την επικύρωση μπλοκ, ενισχύοντας την αποκέντρωση του δικτύου.

Ο ανταγωνισμός μεταξύ των ανθρακωρύχων περιλαμβάνει την επίλυση ενός κρυπτογραφικού παζλ, με την πιθανότητα επιτυχίας να συνδέεται με την υπολογιστική τους ισχύ ή το ρυθμό κατακερματισμού. Ο εξορύκτης που λύνει το παζλ μεταδίδει τη λύση, την οποία στη συνέχεια επικυρώνουν άλλοι εξορύκτες. Ο στόχος δυσκολίας για το παζλ διασφαλίζει την ακρίβεια της λύσης.

Έτσι, κάθε μέλος του δικτύου Bitcoin μπορεί να συμφωνεί με συνέπεια για την κατάσταση του blockchain και όλων των συναλλαγών του. Κάθε κόμβος επαληθεύει ανεξάρτητα τη νομιμότητα των μπλοκ και των συναλλαγών, ακυρώνοντας την ανάγκη για εμπιστοσύνη μεταξύ των συμμετεχόντων στο δίκτυο.

Επιπλέον, η αποκεντρωμένη φύση του blockchain σημαίνει ότι δεν υπάρχει κανένα σημείο αποτυχίας. Τα μπλοκ αποθηκεύονται σε μια κατανεμημένη βάση δεδομένων, αναπαράγονται σε όλο το δίκτυο, ενισχύοντας την ανοχή σφαλμάτων και διασφαλίζοντας ότι η αποτυχία ενός κόμβου δεν θέτει σε κίνδυνο ολόκληρο το σύστημα. Αυτός ο πλεονασμός είναι παρόμοιος με την ύπαρξη πολλαπλών αγγελιοφόρων στην αναλογία των βυζαντινών στρατηγών, διασφαλίζοντας ότι το μήνυμα διατηρείται ακόμα και αν ένας αγγελιοφόρος παραβιάζεται.

Το μέλλον του Blockchain: Απόδειξη στοιχήματος (PoS) και εξουσιοδοτημένη απόδειξη συμμετοχής (DPoS)

Το Proof-of-Stake (PoS) είναι ένας μηχανισμός συναίνεσης στην τεχνολογία blockchain που εισήχθη το 2012 για να αντιμετωπίσει το πρόβλημα των βυζαντινών στρατηγών. Σε αντίθεση με τα δίκτυα που βασίζονται στο Proof-of-Work (PoW), τα δίκτυα PoS δεν βασίζονται στην εξόρυξη. Αντίθετα, χρησιμοποιούν μια διαδικασία γνωστή ως staking .

Σε αυτό το σύστημα, οι χρήστες, που αναφέρονται ως επικυρωτές, ποντάρουν τα χρήματά τους ως μια μορφή ασφάλειας. Όσο περισσότερα νομίσματα κατέχει ένας επικυρωτής, τόσο περισσότερα μπλοκ μπορεί να επικυρώσει και τόσο υψηλότερες ανταμοιβές μπορεί να κερδίσει. Ωστόσο, υπάρχει ένας κίνδυνος: οι επικυρωτές που προσπαθούν να εγκρίνουν ψευδείς συναλλαγές μπορεί να χάσουν τα στοιχηματισμένα κεφάλαιά τους.

Το PoS επιτρέπει στους χρήστες να ποντάρουν νομίσματα χρησιμοποιώντας τυπικούς οικιακούς υπολογιστές, σε αντίθεση με το εξειδικευμένο υλικό που απαιτείται για την εξόρυξη PoW. Διάφορα δίκτυα που βασίζονται σε PoS έχουν αναπτύξει μηχανισμούς για την πρόληψη διπλών δαπανών και άλλων κινδύνων ασφάλειας που σχετίζονται με βυζαντινές αποτυχίες. Για παράδειγμα, το Ethereum 2.0 (Serenity) σχεδιάζει να εφαρμόσει τον αλγόριθμο Casper PoS, ο οποίος χρειάζεται συναίνεση των δύο τρίτων μεταξύ των κόμβων για την επικύρωση ενός μπλοκ.

Το Delegated Proof-of-Stake (DPoS) που εισήχθη το 2014 είναι μια παραλλαγή του μοντέλου PoS. Στο DPoS, μόνο μια επιλεγμένη ομάδα χρηστών, γνωστοί ως εκπρόσωποι, έχουν την εξουσία να επικυρώνουν τις συναλλαγές και να δημιουργούν μπλοκ. Οι χρήστες ποντάρουν το νόμισμα του blockchain για να ψηφίσουν υποψηφίους εκπροσώπους, με τις ανταμοιβές μπλοκ που συνήθως διανέμονται ανάλογα με το ποσό που ποντάρεται.

Το DPoS επιτρέπει στους κόμβους να επιτυγχάνουν συναίνεση πιο γρήγορα από το PoW ή το PoS, επιτρέποντας ταχύτερη επεξεργασία συναλλαγών σε κλίμακα. Ωστόσο, αυτή η ταχύτητα μπορεί να έχει το κόστος της βυζαντινής ανοχής σφαλμάτων. Με λιγότερους κόμβους υπεύθυνους για την ασφάλεια του δικτύου, υπάρχει μεγαλύτερος κίνδυνος συμπαιγνίας ενάντια στα συμφέροντα της πλειοψηφίας. Για να μετριαστεί αυτό, τα δίκτυα DPoS πραγματοποιούν συχνά εκλογές αντιπροσώπων, διασφαλίζοντας ότι οι εκπρόσωποι παραμένουν υπόλογοι για τις ενέργειες και τις αποφάσεις τους.

συμπέρασμα

Καθώς η κοινωνία μας υιοθετεί ολοένα και περισσότερο κατανεμημένα συστήματα και αποκεντρωμένα νομίσματα όπως το Bitcoin, το Πρόβλημα των Βυζαντινών Στρατηγών γίνεται κρίσιμο για τον συντονισμό πολλών ανεξάρτητων οντοτήτων χωρίς κεντρική εποπτεία. Σε τέτοια συστήματα, η βυζαντινή ανοχή σφαλμάτων είναι ζωτικής σημασίας για τη διασφάλιση της ανθεκτικότητας και της ασφάλειας, ακόμη και εν μέσω παραπλανητικών ή ψευδών πληροφοριών, επιτρέποντας τη συναίνεση παρά τον ενδεχόμενο δόλο και την προδοσία.

Το Bitcoin αποτελεί παράδειγμα για το πώς να δημιουργήσετε ένα περιβάλλον χωρίς εμπιστοσύνη, ικανό να αντιμετωπίσει διάφορες επιθέσεις. Ο αλγόριθμος απόδειξης εργασίας (PoW) έχει συμβάλει καθοριστικά στη διατήρηση της ασφάλειας του δικτύου προωθώντας τον ανταγωνισμό μεταξύ των εξορυκτών. Αυτός ο ανταγωνισμός καθιστά σχεδόν αδύνατο για οποιαδήποτε μεμονωμένη οντότητα να κυριαρχήσει στο δίκτυο, διασφαλίζοντας έτσι την αποκεντρωμένη φύση του. Το μοντέλο του Bitcoin, που έχει τις ρίζες του στη βυζαντινή ανοχή σφαλμάτων, αντιπροσωπεύει μια ισχυρή προσέγγιση για την επίτευξη συναίνεσης και τη διατήρηση της ασφάλειας απέναντι σε πιθανή παραπληροφόρηση και κακόβουλες δραστηριότητες.

Σημειώστε ότι το Plisio σας προσφέρει επίσης:

Δημιουργήστε κρυπτογραφικά τιμολόγια με 2 κλικ and Αποδεχτείτε δωρεές κρυπτογράφησης

12 ενσωματώσεις

6 βιβλιοθήκες για τις πιο δημοφιλείς γλώσσες προγραμματισμού

19 κρυπτονομίσματα και 12 blockchain

Ποιο είναι το πρόβλημα των Βυζαντινών Στρατηγών;

Ιστορία του προβλήματος των βυζαντινών στρατηγών στην κατανεμημένη τεχνολογία

Δημοφιλείς βυζαντινοί αλγόριθμοι ανοχής σφαλμάτων

Proof-of-Work (PoW) και το πρόβλημα των βυζαντινών στρατηγών

Το μέλλον του Blockchain: Απόδειξη στοιχήματος (PoS) και εξουσιοδοτημένη απόδειξη συμμετοχής (DPoS)

συμπέρασμα

Ready to Get Started?

Always know what you pay

Start your integration