ثبت نام

مشکل ژنرال های بیزانس چیست؟

نوشته شده در Jan 11, 2024
مشکل ژنرال های بیزانس چیست؟

مسئله ژنرال های بیزانسی یک موضوع اساسی در قلمرو سیستم های توزیع شده است که چالش های دستیابی به اجماع در یک شبکه غیرمتمرکز را در بر می گیرد. این مشکل، برگرفته از تئوری بازی‌ها، در درک پویایی تصمیم‌گیری که در آن شرکت‌کنندگان نمی‌توانند هویت یا یکپارچگی دیگران را در محیطی که با کانال‌های ارتباطی نامعتبر مشخص می‌شود تأیید کنند، بسیار مهم است.

مشکل ژنرال‌های بیزانس در هسته خود سناریویی را ارائه می‌کند که در آن گروهی از ژنرال‌ها، که هر کدام یک لشکر از یک ارتش را رهبری می‌کنند، باید به اتفاق آرا تصمیم بگیرند که آیا به یک شهر محاصره شده حمله کنند یا عقب‌نشینی کنند. اصل معضل در قابل اعتماد بودن پیام رسان هایی است که مستعد رهگیری یا فساد توسط مدافعان شهر هستند. چالش برای ژنرال های وفادار این است که پروتکلی ابداع کنند که بر فریب هر شرکت کننده ناصادقی غلبه کند و از اجماع قوی برای حمله یا عقب نشینی هماهنگ اطمینان حاصل کند.

این مشکل به‌ویژه در سیستم‌های محاسباتی توزیع‌شده، که در آن دستیابی به اجماع بدون یک مرجع مرکزی قابل اعتماد یک مانع مهم است، برجسته است. این قیاس به ویژه در زمینه بیت کوین و سایر ارزهای دیجیتال مرتبط است. حل مشکل ژنرال های بیزانسی یک پیشرفت مهم در ایجاد بیت کوین بود. این زمینه را برای توسعه ارزهای دیجیتال غیرمتمرکز ایجاد کرد، جایی که اعتماد به یک نهاد مرکزی با مکانیزم اجماع بین گره‌های شبکه جایگزین می‌شود.

بیت کوین این مشکل را از طریق ترکیب خلاقانه تکنیک های رمزنگاری و یک الگوریتم اجماع حل می کند. این ترکیب پروتکلی را تشکیل می دهد که گره های شبکه بیت کوین را قادر می سازد تا در مورد وضعیت بلاک چین به توافق برسند و از یکپارچگی و تداوم ارز دیجیتال بدون نیاز به یک مرجع مرکزی اطمینان حاصل کنند. بنابراین راه‌حل مشکل ژنرال‌های بیزانس به عنوان سنگ بنای توسعه فناوری بلاک چین و ارزهای دیجیتال است و راه را برای عصر جدیدی از تراکنش‌های دیجیتال غیرمتمرکز هموار می‌کند.

تاریخچه مشکل ژنرال های بیزانسی در فناوری توزیع شده

مسئله ژنرال های بیزانس، مفهومی محوری در زمینه علوم کامپیوتر و سیستم های توزیع شده، برای اولین بار در مقاله ای اساسی توسط لزلی لامپورت ، رابرت شوستاک و مارشال پیز در سال 1982 معرفی شد. یک سیستم توزیع شده، به ویژه در شرایطی که برخی از اجزا ممکن است از کار بیفتند یا به طور غیر قابل اعتماد عمل کنند.

این مقاله تحقیقاتی با دریافت حمایت قابل توجه از سازمان‌های معتبر مانند ناسا، فرماندهی سیستم‌های دفاع موشکی بالستیک و دفتر تحقیقات ارتش، اهمیت این مشکل را نه تنها در ارتباطات نظامی، بلکه در سیستم‌های مختلف رایانه‌ای نیز برجسته کرد. مشکل سناریویی را ارائه می‌کند که در آن چندین بخش از یک ارتش، مشابه گره‌های یک شبکه رایانه‌ای، باید بر روی یک اقدام واحد توافق کنند. با این حال، این اجماع باید با وجود وجود عناصر غیرقابل اعتماد یا بالقوه خائن در سیستم، که نماد آن ژنرال ها و پیام آوران آنها است، حاصل شود.

Lamport، Shostak و Pease در مقاله خود بیان می کنند که یک سیستم کامپیوتری قابل اعتماد باید خرابی یک یا چند جزء خود را مدیریت کند، که ممکن است اطلاعات متناقضی ارسال کند. این منجر به مفهوم تحمل خطا بیزانس می شود، یک ویژگی حیاتی برای عملکرد صحیح سیستم ها حتی در مواجهه با خرابی قطعات.

اواخر دهه 1990 با محققین باربارا لیسکوف و میگل کاسترو که الگوریتم عملی تحمل خطای بیزانسی (pBFT) را توسعه دادند، شاهد پیشرفت‌های بیشتری بودیم و اجماع در شبکه‌های توزیع شده را افزایش دادند. اگرچه pBFT با چالش‌هایی به‌ویژه در مقیاس‌پذیری مواجه بود، اما زمینه را برای فناوری‌های بلاک چین بعدی فراهم کرد.

نقطه عطف قابل توجهی در پرداختن به مشکل ژنرال های بیزانسی با مقاله سفید بیت کوین ساتوشی ناکاموتو در سال 2008 رخ داد که الگوریتم اثبات کار (PoW) را معرفی کرد. این نوآوری با ارائه راه حلی عملی برای دستیابی به اجماع در یک محیط غیرمتمرکز و بدون اعتماد، که سنگ بنای توسعه ارزهای دیجیتال و فناوری بلاک چین است، انقلابی در این زمینه ایجاد کرد.

مسئله ژنرال های بیزانسی از یک معضل نظری در علوم کامپیوتر به یک عنصر اساسی در محاسبات مدرن و فناوری های ارزهای دیجیتال تبدیل شده است که بر اهمیت ارتباطات قابل اعتماد در سیستم های توزیع شده تاکید می کند.

الگوریتم های رایج تحمل خطا بیزانس

برای محافظت در برابر اختلال در سیستم های توزیع شده توسط گروه کوچکی از بازیگران مضر، پیاده سازی یک الگوریتم قوی ضروری است. این نیاز منجر به توسعه پروتکل‌های اجماع تحمل‌پذیر خطای بیزانسی شده است، که در توانمندسازی محاسبات توزیع‌شده قابل اعتماد برای مدیریت مؤثر شکست‌های بیزانسی مؤثر است.

یکی از این پروتکل ها، تحمل خطای بیزانسی عملی (PBFT)، یک الگوریتم توافقی است که برای سیستم های توزیع شده طراحی شده است. PBFT می تواند تا یک سوم از گره های خود را که به شیوه ای بیزانسی رفتار می کنند - خودسرانه یا حتی بدخواهانه - بدون به خطر انداختن یکپارچگی شبکه مدیریت کند. این الگوریتم برای دستیابی به اجماع در مورد توالی اقدامات در سریع ترین روش ممکن و در عین حال حفظ عملکرد ثابت حتی در مواجهه با شکست های بیزانسی طراحی شده است. PBFT از ترکیبی از امضاهای دیجیتال، مهلت زمانی و اعترافات استفاده می‌کند تا از پیشرفت مستمر فرآیند اجماع اطمینان حاصل کند، حتی زمانی که برخی از گره‌ها به خطر افتاده یا به طور مخرب عمل می‌کنند، تا زمانی که اکثریت قابل اعتماد باقی بمانند.

پروتکل مهم دیگر توافقنامه فدرال بیزانس (FBA) است که برای شبکه های غیرمتمرکز طراحی شده است. FBA گره ها را قادر می سازد تا بدون نیاز به یک مرجع مرکزی به اجماع برسند. با تشکیل فدراسیون هایی از گره های مستقل که به یکدیگر اعتماد دارند عمل می کند. در هر فدراسیون، گره‌ها بر سر ترتیب و مشروعیت تراکنش‌ها یا رویدادها توافق دارند و به فدراسیون‌های متمایز اجازه می‌دهند تا فرآیندهای اجماع خود را به طور مستقل انجام دهند. نمونه ای از پیاده سازی با استفاده از FBA، Fedimint، یک پروتکل برجسته و منبع باز برای تراکنش ها و نگهداری بیت کوین است. Fedimint از الگوریتم اجماع مقاوم در برابر خطای بیزانسی (HBBFT) استفاده می کند که سازگاری و اثربخشی FBA را در برنامه های کاربردی دنیای واقعی نشان می دهد.

اثبات کار (PoW) و مشکل ژنرال های بیزانسی

در اکتبر 2008، ساتوشی ناکاموتو اولین وایت پیپر بیت کوین را پرده برداری کرد، که پایه و اساس شبکه بیت کوین را در ژانویه 2009 گذاشت. در حالی که وایت پیپر به صراحت به "مشکل ژنرال های بیزانسی" اشاره نمی کند، اما به طور موثر راه حلی برای این طولانی ارائه می دهد. موضوع مطرح در شبکه های ارتباطی دیجیتال

نوآوری ناکاموتو شامل استفاده از امنیت رمزنگاری و رمزگذاری کلید عمومی برای مقابله با چالش های ناشی از مشکل ژنرال های بیزانسی در حوزه تراکنش های دیجیتالی بود. امنیت رمزنگاری از هش کردن - فرآیند تبدیل داده ها به یک کد منحصر به فرد - برای محافظت در برابر دستکاری استفاده می کند. رمزگذاری کلید عمومی برای احراز هویت شرکت کنندگان در شبکه استفاده می شود.

تراکنش‌های بیت‌کوین در داخل بلوک‌ها ایمن می‌شوند که هر کدام از طریق یک مقدار هش به قبلی مرتبط می‌شوند. این یک زنجیره قابل ردیابی به اولین بلوک ایجاد می کند که به عنوان بلوک پیدایش شناخته می شود. بلاک چین از ساختار Merkle Tree برای احراز هویت هش های منشأ گرفته از این بلوک اولیه استفاده می کند.

اعتبار در شبکه تضمین می شود زیرا هر بلوک به بلوک پیدایش بازمی گردد. ماینرها که برای حل معماهای رمزنگاری پیچیده رقابت می کنند، این بلوک ها را به عنوان بخشی از مکانیسم اجماع اثبات کار (PoW) تایید می کنند. این رویکرد نه تنها یکپارچگی بلاک چین را مستحکم می کند، بلکه ماینرها را برای ارائه اطلاعات واقعی ترغیب می کند، زیرا هزینه ایجاد یک بلاک بسیار زیاد است.

ماهیت عینی قوانین بیت کوین امکان دستکاری اطلاعات یا اختلافات درون شبکه را از بین می برد. معیارهای اعتبارسنجی تراکنش ها و استخراج بیت کوین جدید واضح و بی طرف هستند. هنگامی که یک بلوک به بلاک چین اضافه می شود، تغییر آن تقریبا غیرممکن می شود و در نتیجه سابقه تاریخی تراکنش ها تثبیت می شود.

در این سیستم، ماینرها نقشی مشابه ژنرال ها در مسئله ژنرال های بیزانسی ایفا می کنند، با هر گره مسئول تأیید تراکنش ها - معادل مدرن پیام ها در قیاس اصلی. استفاده بلاک چین از امنیت رمزنگاری، حملات احتمالی هکرها (مشابه دشمن در قیاس) را خنثی می کند، زیرا تراکنش ها به بلوک ها گروه بندی می شوند و برای امنیت بیشتر هش می شوند. طراحی ساتوشی یک عنصر احتمالی را با قرار دادن ماینرها در یک محیط رقابتی برای اعتبارسنجی بلوک ها معرفی می کند و تمرکززدایی شبکه را افزایش می دهد.

رقابت بین ماینرها شامل حل یک پازل رمزنگاری است که احتمال موفقیت آن به قدرت محاسباتی یا نرخ هش آنها بستگی دارد. استخراج‌کننده‌ای که پازل را حل می‌کند، راه‌حل را پخش می‌کند، سپس ماینرهای دیگر آن را تأیید می‌کنند. هدف دشواری برای پازل صحت راه حل را تضمین می کند.

بنابراین، هر عضو شبکه بیت کوین می تواند به طور مداوم در مورد وضعیت بلاک چین و تمام تراکنش های آن به توافق برسد. هر گره به طور مستقل مشروعیت بلوک‌ها و تراکنش‌ها را تأیید می‌کند و نیاز به اعتماد در میان شرکت‌کنندگان شبکه را نفی می‌کند.

علاوه بر این، ماهیت غیرمتمرکز بلاک چین به این معنی است که هیچ نقطه شکست واحدی وجود ندارد. بلوک ها در یک پایگاه داده توزیع شده ذخیره می شوند، در سراسر شبکه تکرار می شوند، تحمل خطا را افزایش می دهند و اطمینان می دهند که شکست یک گره کل سیستم را به خطر نمی اندازد. این افزونگی شبیه داشتن چندین پیام رسان در قیاس ژنرال های بیزانسی است که تضمین می کند که پیام حفظ می شود حتی اگر یک پیام رسان به خطر بیفتد.

آینده بلاک چین: اثبات سهام (PoS) و اثبات سهام واگذار شده (DPoS)

Proof-of-Stake (PoS) یک مکانیسم توافقی در فناوری بلاک چین است که در سال 2012 برای رسیدگی به مشکل ژنرال های بیزانسی معرفی شد. برخلاف شبکه‌های مبتنی بر اثبات کار (PoW)، شبکه‌های PoS به استخراج متکی نیستند. در عوض، آنها از فرآیندی به نام staking استفاده می کنند.

در این سیستم، کاربرانی که به آنها اعتباردهنده گفته می شود، وجوه خود را به عنوان نوعی امنیت در اختیار می گذارند. هر چه یک اعتبار سنج سکه های بیشتری در اختیار داشته باشد، بلاک های بیشتری را می تواند اعتبارسنجی کند و پاداش بیشتری کسب کند. با این حال، یک خطر وجود دارد: اعتبار سنجی هایی که سعی در تأیید تراکنش های نادرست دارند ممکن است وجوه سهام خود را از دست بدهند.

PoS به کاربران این امکان را می‌دهد که برخلاف سخت‌افزار تخصصی مورد نیاز برای استخراج PoW، با استفاده از رایانه‌های خانگی استاندارد، سکه‌ها را به اشتراک بگذارند. شبکه‌های مختلف مبتنی بر PoS مکانیسم‌هایی را برای جلوگیری از هزینه‌های مضاعف و سایر خطرات امنیتی مرتبط با خرابی‌های بیزانس توسعه داده‌اند. به عنوان مثال، اتریوم 2.0 (سرنیتی) قصد دارد الگوریتم Casper PoS را پیاده‌سازی کند، که برای اعتبارسنجی یک بلوک به توافق دو سوم بین گره‌ها نیاز دارد.

Delegated Proof-of-Stake (DPoS) که در سال 2014 معرفی شد، نوعی از مدل PoS است. در DPoS، تنها گروه منتخبی از کاربران، که به عنوان نمایندگان شناخته می شوند، اختیار اعتبارسنجی تراکنش ها و ایجاد بلوک ها را دارند. کاربران برای رای دادن به کاندیداهای نمایندگی، واحد پول بلاک چین را به اشتراک می گذارند، با جوایز بلاک معمولاً متناسب با مبلغ شرط بندی شده توزیع می شود.

DPoS به گره‌ها امکان می‌دهد سریع‌تر از PoW یا PoS به اجماع برسند و امکان پردازش سریع‌تر تراکنش را در مقیاس فراهم می‌کند. با این حال، این سرعت می تواند به قیمت تحمل گسل بیزانسی تمام شود. با گره های کمتری که مسئول امنیت شبکه هستند، خطر تبانی علیه منافع اکثریت بیشتر است. برای کاهش این موضوع، شبکه‌های DPoS اغلب انتخابات نمایندگان را برگزار می‌کنند و تضمین می‌کنند که نمایندگان در قبال اقدامات و تصمیم‌های خود پاسخگو هستند.

نتیجه

همانطور که جامعه ما به طور فزاینده ای سیستم های توزیع شده و ارزهای غیرمتمرکز مانند بیت کوین را می پذیرد، مشکل ژنرال های بیزانسی برای هماهنگی چندین نهاد مستقل بدون نظارت مرکزی بسیار مهم می شود. در چنین سیستم‌هایی، تحمل خطای بیزانسی برای اطمینان از انعطاف‌پذیری و امنیت، حتی در میان اطلاعات گمراه‌کننده یا نادرست، حیاتی است، و علی‌رغم فریب و خیانت احتمالی، امکان اجماع وجود دارد.

بیت کوین نمونه ای از چگونگی ایجاد یک محیط غیر قابل اعتماد با قابلیت مقابله با حملات مختلف است. الگوریتم اثبات کار (PoW) آن در حفظ امنیت شبکه با ترویج رقابت بین ماینرها بسیار مفید بوده است. این رقابت تسلط هر نهاد واحدی بر شبکه را تقریباً غیرممکن می‌کند و در نتیجه ماهیت غیرمتمرکز آن را تضمین می‌کند. مدل بیت کوین که ریشه در تحمل خطای بیزانسی دارد، نشان دهنده رویکردی قوی برای دستیابی به اجماع و حفظ امنیت در مواجهه با اطلاعات غلط و فعالیت های مخرب بالقوه است.

لطفا توجه داشته باشید که Plisio همچنین به شما پیشنهاد می دهد:

فاکتورهای رمزنگاری را با 2 کلیک ایجاد کنید and اهدای کریپتو را بپذیرید

12 ادغام ها

6 کتابخانه های محبوب ترین زبان های برنامه نویسی

19 ارز دیجیتال و 12 بلاک چین

Ready to Get Started?

Create an account and start accepting payments – no contracts or KYC required. Or, contact us to design a custom package for your business.

Make first step

Always know what you pay

Integrated per-transaction pricing with no hidden fees

Start your integration

Set up Plisio swiftly in just 10 minutes.