बीजान्टिन जनरलों की समस्या क्या है?
बीजान्टिन जनरलों की समस्या वितरित प्रणालियों के क्षेत्र में एक बुनियादी मुद्दा है, जो विकेंद्रीकृत नेटवर्क में सर्वसम्मति प्राप्त करने की चुनौतियों को समाहित करती है। गेम थ्योरी से ली गई यह समस्या, निर्णय लेने की गतिशीलता को समझने में महत्वपूर्ण है जहां प्रतिभागी अविश्वसनीय संचार चैनलों की विशेषता वाले वातावरण में दूसरों की पहचान या अखंडता को सत्यापित नहीं कर सकते हैं।
इसके मूल में, बीजान्टिन जनरलों की समस्या एक परिदृश्य प्रस्तुत करती है जहां जनरलों का एक समूह, प्रत्येक सेना के एक डिवीजन का नेतृत्व करता है, को सर्वसम्मति से निर्णय लेना होगा कि घिरे हुए शहर पर हमला करना है या पीछे हटना है। दुविधा की जड़ उन दूतों की विश्वसनीयता में निहित है जो शहर के रक्षकों द्वारा अवरोधन या भ्रष्टाचार के प्रति संवेदनशील हैं। वफ़ादार जनरलों के लिए चुनौती एक ऐसा प्रोटोकॉल तैयार करने की है जो किसी भी बेईमान प्रतिभागियों के धोखे पर काबू पा सके, एक समन्वित हमले या पीछे हटने के लिए एक मजबूत आम सहमति सुनिश्चित कर सके।
यह समस्या विशेष रूप से वितरित कंप्यूटिंग सिस्टम में प्रमुख है, जहां एक विश्वसनीय केंद्रीय प्राधिकरण के बिना आम सहमति तक पहुंचना एक महत्वपूर्ण बाधा है। सादृश्य बिटकॉइन और अन्य क्रिप्टोकरेंसी के संदर्भ में विशेष रूप से प्रासंगिक है। बिटकॉइन के निर्माण में बीजान्टिन जनरलों की समस्या का समाधान एक महत्वपूर्ण सफलता थी। इसने विकेंद्रीकृत डिजिटल मुद्राओं के विकास के लिए आधार तैयार किया, जहां एक केंद्रीय इकाई में विश्वास को नेटवर्क नोड्स के बीच एक आम सहमति तंत्र द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।
बिटकॉइन क्रिप्टोग्राफ़िक तकनीकों और सर्वसम्मति एल्गोरिथ्म के अपने अभिनव संयोजन के माध्यम से इस समस्या का समाधान करता है। यह संयोजन एक प्रोटोकॉल बनाता है जो बिटकॉइन नेटवर्क में नोड्स को ब्लॉकचेन की स्थिति पर सहमत होने में सक्षम बनाता है, जिससे केंद्रीय प्राधिकरण की आवश्यकता के बिना क्रिप्टोकरेंसी की अखंडता और निरंतरता सुनिश्चित होती है। इस प्रकार बीजान्टिन जनरलों की समस्या का समाधान ब्लॉकचेन प्रौद्योगिकी और क्रिप्टोकरेंसी के विकास में आधारशिला के रूप में खड़ा है, जो विकेंद्रीकृत डिजिटल लेनदेन के एक नए युग का मार्ग प्रशस्त करता है।
वितरित प्रौद्योगिकी में बीजान्टिन जनरलों की समस्या का इतिहास
बीजान्टिन जनरल्स समस्या, कंप्यूटर विज्ञान और वितरित प्रणालियों के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण अवधारणा, पहली बार 1982 में लेस्ली लैमपोर्ट , रॉबर्ट शोस्टाक और मार्शल पीज़ द्वारा एक मौलिक पेपर में पेश की गई थी। यह समस्या विभिन्न घटकों के बीच आम सहमति प्राप्त करने की चुनौतियों को समाहित करती है। एक वितरित प्रणाली, विशेष रूप से उन परिस्थितियों में जहां कुछ घटक विफल हो सकते हैं या अविश्वसनीय रूप से कार्य कर सकते हैं।
नासा, बैलिस्टिक मिसाइल डिफेंस सिस्टम कमांड और आर्मी रिसर्च ऑफिस जैसे प्रतिष्ठित संगठनों से उल्लेखनीय समर्थन प्राप्त करने वाले शोध पत्र ने न केवल सैन्य संचार में बल्कि विभिन्न कंप्यूटर प्रणालियों में भी इस समस्या के महत्व पर प्रकाश डाला। समस्या एक ऐसा परिदृश्य प्रस्तुत करती है जहां एक कंप्यूटर नेटवर्क में नोड्स के अनुरूप सेना के कई डिवीजनों को कार्रवाई के एकीकृत पाठ्यक्रम पर सहमत होना होगा। हालाँकि, यह सर्वसम्मति सिस्टम के भीतर अविश्वसनीय या संभावित गद्दार तत्वों की मौजूदगी के बावजूद हासिल की जानी चाहिए, जो जनरलों और उनके दूतों के प्रतीक हैं।
लैमपोर्ट, शोस्टाक और पीज़ ने अपने पेपर में स्पष्ट किया है कि एक विश्वसनीय कंप्यूटर सिस्टम को अपने एक या अधिक घटकों की विफलता का प्रबंधन करना चाहिए, जो परस्पर विरोधी जानकारी भेज सकते हैं। इससे बीजान्टिन फॉल्ट टॉलरेंस की अवधारणा सामने आती है, जो सिस्टम के लिए घटक विफलताओं की स्थिति में भी सही ढंग से काम करने के लिए एक महत्वपूर्ण विशेषता है।
1990 के दशक के उत्तरार्ध में शोधकर्ताओं बारबरा लिस्कोव और मिगुएल कास्त्रो ने प्रैक्टिकल बीजान्टिन फॉल्ट टॉलरेंस (pBFT) एल्गोरिदम विकसित करने के साथ और प्रगति देखी, जिससे वितरित नेटवर्क में आम सहमति बढ़ी। हालाँकि पीबीएफटी को चुनौतियों का सामना करना पड़ा, विशेष रूप से स्केलेबिलिटी में, इसने बाद की ब्लॉकचेन प्रौद्योगिकियों के लिए आधार तैयार किया।
बीजान्टिन जनरल्स समस्या को संबोधित करने में एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर सातोशी नाकामोटो के 2008 बिटकॉइन श्वेतपत्र के साथ आया, जिसमें काम का सबूत (पीओडब्ल्यू) एल्गोरिदम पेश किया गया था। इस नवाचार ने विकेंद्रीकृत और भरोसेमंद वातावरण में आम सहमति प्राप्त करने के लिए एक व्यावहारिक समाधान की पेशकश करके क्षेत्र में क्रांति ला दी, जो क्रिप्टोकरेंसी और ब्लॉकचेन प्रौद्योगिकी के विकास में आधारशिला है।
बीजान्टिन जनरल्स समस्या कंप्यूटर विज्ञान में एक सैद्धांतिक दुविधा से आधुनिक कंप्यूटिंग और क्रिप्टोकरेंसी प्रौद्योगिकियों में एक मूलभूत तत्व तक विकसित हुई है, जो वितरित प्रणालियों में विश्वसनीय संचार के महत्व को रेखांकित करती है।
लोकप्रिय बीजान्टिन दोष-सहिष्णुता एल्गोरिदम
हानिकारक तत्वों के एक छोटे समूह द्वारा वितरित प्रणालियों में व्यवधान से बचने के लिए, एक मजबूत एल्गोरिदम लागू करना आवश्यक है। इस आवश्यकता ने बीजान्टिन दोष-सहिष्णु सर्वसम्मति प्रोटोकॉल के विकास को जन्म दिया है, जो बीजान्टिन विफलताओं को कुशलतापूर्वक संभालने के लिए विश्वसनीय वितरित कंप्यूटिंग को सक्षम करने में सहायक है।
ऐसा ही एक प्रोटोकॉल प्रैक्टिकल बीजान्टिन फॉल्ट टॉलरेंस (पीबीएफटी) है, जो वितरित सिस्टम के लिए डिज़ाइन किया गया एक सर्वसम्मति एल्गोरिथ्म है। पीबीएफटी अपने एक तिहाई नोड्स को बीजान्टिन तरीके से - मनमाने ढंग से या यहां तक कि दुर्भावनापूर्ण रूप से - नेटवर्क की अखंडता से समझौता किए बिना संभाल सकता है। यह एल्गोरिदम बीजान्टिन विफलताओं की स्थिति में भी निरंतर संचालन को बनाए रखते हुए त्वरित संभव तरीके से कार्यों के अनुक्रम पर आम सहमति प्राप्त करने के लिए तैयार किया गया है। पीबीएफटी आम सहमति प्रक्रिया की निरंतर प्रगति सुनिश्चित करने के लिए डिजिटल हस्ताक्षर, टाइमआउट और पावती का मिश्रण नियोजित करता है, भले ही कुछ नोड्स समझौता कर रहे हों या दुर्भावनापूर्ण तरीके से कार्य कर रहे हों, जब तक कि बहुमत भरोसेमंद बना रहे।
एक अन्य महत्वपूर्ण प्रोटोकॉल फ़ेडरेटेड बीजान्टिन एग्रीमेंट (FBA) है, जो विकेंद्रीकृत नेटवर्क के लिए तैयार किया गया है। एफबीए नोड्स को केंद्रीय प्राधिकरण की आवश्यकता के बिना आम सहमति तक पहुंचने में सक्षम बनाता है। यह स्वतंत्र नोड्स के संघ बनाकर संचालित होता है जो एक दूसरे पर भरोसा करते हैं। प्रत्येक महासंघ के भीतर, नोड्स लेनदेन या घटनाओं के क्रम और वैधता पर सहमत होते हैं, जिससे अलग-अलग महासंघों को अपनी सर्वसम्मति प्रक्रियाओं को स्वतंत्र रूप से संचालित करने की अनुमति मिलती है। एफबीए का उपयोग करके कार्यान्वयन का एक उदाहरण फेडिमिंट है, जो बिटकॉइन लेनदेन और कस्टडी के लिए एक प्रमुख और ओपन-सोर्स प्रोटोकॉल है। फेडिमिंट हनी बेजर बीजान्टिन फॉल्ट-टॉलरेंट (एचबीबीएफटी) सर्वसम्मति एल्गोरिथ्म का उपयोग करता है, जो वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों में एफबीए की अनुकूलनशीलता और प्रभावशीलता को प्रदर्शित करता है।
प्रूफ़-ऑफ़-वर्क (पीओडब्ल्यू) और बीजान्टिन जनरल्स समस्या
अक्टूबर 2008 में, सातोशी नाकामोतो ने पहले बिटकॉइन श्वेतपत्र का अनावरण किया, जिसने जनवरी 2009 में बिटकॉइन नेटवर्क बनने की नींव रखी। हालांकि श्वेतपत्र में स्पष्ट रूप से "बीजान्टिन जनरलों की समस्या" का उल्लेख नहीं है, लेकिन यह प्रभावी रूप से इस दीर्घकालिक समस्या का समाधान प्रदान करता है। डिजिटल संचार नेटवर्क में स्थायी समस्या।
नाकामोतो के नवाचार में डिजिटल लेनदेन के क्षेत्र में बीजान्टिन जनरलों की समस्या से उत्पन्न चुनौतियों का समाधान करने के लिए क्रिप्टोग्राफ़िक सुरक्षा और सार्वजनिक-कुंजी एन्क्रिप्शन का उपयोग शामिल था। क्रिप्टोग्राफ़िक सुरक्षा छेड़छाड़ से बचाने के लिए हैशिंग - डेटा को एक अद्वितीय कोड में बदलने की प्रक्रिया - का उपयोग करती है। सार्वजनिक कुंजी एन्क्रिप्शन का उपयोग नेटवर्क के भीतर प्रतिभागियों की पहचान प्रमाणित करने के लिए किया जाता है।
बिटकॉइन में लेनदेन ब्लॉकों के भीतर सुरक्षित होते हैं, प्रत्येक ब्लॉक हैश मान के माध्यम से पिछले से जुड़ा होता है। यह पहले ब्लॉक तक एक ट्रेस करने योग्य श्रृंखला बनाता है, जिसे जेनेसिस ब्लॉक के रूप में जाना जाता है। ब्लॉकचेन इस प्रारंभिक ब्लॉक से उत्पन्न होने वाले हैश को प्रमाणित करने के लिए एक मर्कल ट्री संरचना का उपयोग करता है।
नेटवर्क के भीतर वैधता सुनिश्चित की जाती है क्योंकि प्रत्येक ब्लॉक उत्पत्ति ब्लॉक पर वापस जाता है। खनिक, जटिल क्रिप्टोग्राफ़िक पहेलियों को हल करने के लिए प्रतिस्पर्धा करते हुए, इन ब्लॉकों को प्रूफ़ ऑफ़ वर्क (पीओडब्ल्यू) सर्वसम्मति तंत्र के हिस्से के रूप में मान्य करते हैं। यह दृष्टिकोण न केवल ब्लॉकचेन की अखंडता को मजबूत करता है बल्कि खनिकों को सच्ची जानकारी प्रदान करने के लिए प्रोत्साहित भी करता है, क्योंकि ब्लॉक बनाने की लागत काफी होती है।
बिटकॉइन के नियमों की वस्तुनिष्ठ प्रकृति नेटवर्क के भीतर सूचना से छेड़छाड़ या विवाद की संभावना को समाप्त कर देती है। लेन-देन को मान्य करने और नए बिटकॉइन बनाने के मानदंड स्पष्ट और निष्पक्ष हैं। एक बार जब कोई ब्लॉक ब्लॉकचेन में जुड़ जाता है, तो उसे बदलना लगभग असंभव हो जाता है, जिससे लेनदेन का ऐतिहासिक रिकॉर्ड मजबूत हो जाता है।
इस प्रणाली में, खनिक बीजान्टिन जनरल्स समस्या में जनरलों के समान भूमिका निभाते हैं, प्रत्येक नोड लेनदेन को सत्यापित करने के लिए जिम्मेदार होता है - मूल सादृश्य में संदेशों के आधुनिक समकक्ष। क्रिप्टोग्राफ़िक सुरक्षा के लिए ब्लॉकचेन का उपयोग हैकर्स (सादृश्य में दुश्मन के समान) के संभावित हमलों को विफल कर देता है, क्योंकि लेनदेन को अतिरिक्त सुरक्षा के लिए ब्लॉक और हैशेड में समूहीकृत किया जाता है। सातोशी का डिज़ाइन ब्लॉकों को मान्य करने के लिए खनिकों को प्रतिस्पर्धी माहौल में रखकर, नेटवर्क के विकेंद्रीकरण को बढ़ाकर एक संभाव्य तत्व का परिचय देता है।
खनिकों के बीच प्रतिस्पर्धा में एक क्रिप्टोग्राफ़िक पहेली को हल करना शामिल है, जिसमें सफलता की संभावना उनकी कम्प्यूटेशनल शक्ति या हैश दर से जुड़ी होती है। पहेली को हल करने वाला खनिक समाधान प्रसारित करता है, जिसे अन्य खनिक मान्य करते हैं। पहेली के लिए कठिनाई लक्ष्य समाधान की सत्यता सुनिश्चित करता है।
इस प्रकार, बिटकॉइन नेटवर्क का प्रत्येक सदस्य ब्लॉकचेन और उसके सभी लेनदेन की स्थिति पर लगातार सहमत हो सकता है। प्रत्येक नोड स्वतंत्र रूप से ब्लॉक और लेनदेन की वैधता की पुष्टि करता है, जिससे नेटवर्क प्रतिभागियों के बीच विश्वास की आवश्यकता समाप्त हो जाती है।
इसके अलावा, ब्लॉकचेन की विकेंद्रीकृत प्रकृति का मतलब है कि विफलता का एक भी बिंदु नहीं है। ब्लॉक को एक वितरित डेटाबेस में संग्रहीत किया जाता है, पूरे नेटवर्क में दोहराया जाता है, दोष सहिष्णुता को बढ़ाता है और यह सुनिश्चित करता है कि एक नोड की विफलता पूरे सिस्टम से समझौता नहीं करती है। यह अतिरेक बीजान्टिन जनरल सादृश्य में कई संदेशवाहकों के होने के समान है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि एक संदेशवाहक के साथ समझौता होने पर भी संदेश संरक्षित रहता है।
ब्लॉकचेन का भविष्य: प्रूफ-ऑफ-स्टेक (PoS) और प्रत्यायोजित प्रूफ-ऑफ-स्टेक (DPoS)
प्रूफ-ऑफ-स्टेक (PoS) ब्लॉकचेन तकनीक में एक सर्वसम्मति तंत्र है जिसे 2012 में बीजान्टिन जनरलों की समस्या के समाधान के लिए पेश किया गया था। प्रूफ-ऑफ-वर्क (पीओडब्ल्यू) पर आधारित नेटवर्क के विपरीत, पीओएस नेटवर्क खनन पर निर्भर नहीं होते हैं। इसके बजाय, वे स्टेकिंग नामक प्रक्रिया का उपयोग करते हैं।
इस प्रणाली में, उपयोगकर्ता, जिन्हें सत्यापनकर्ता कहा जाता है, सुरक्षा के रूप में अपने धन को दांव पर लगाते हैं। एक सत्यापनकर्ता के पास जितने अधिक सिक्के होंगे, वे उतने ही अधिक ब्लॉक सत्यापित कर सकेंगे और उतने ही अधिक पुरस्कार अर्जित कर सकेंगे। हालाँकि, इसमें एक जोखिम भी शामिल है: जो सत्यापनकर्ता गलत लेनदेन को मंजूरी देने की कोशिश करते हैं, वे अपनी दांव पर लगी धनराशि खो सकते हैं।
PoW खनन के लिए आवश्यक विशेष हार्डवेयर के विपरीत, PoS उपयोगकर्ताओं को मानक घरेलू कंप्यूटर का उपयोग करके सिक्के दांव पर लगाने की अनुमति देता है। विभिन्न पीओएस-आधारित नेटवर्कों ने बीजान्टिन विफलताओं से जुड़े दोहरे खर्च और अन्य सुरक्षा जोखिमों को रोकने के लिए तंत्र विकसित किए हैं। उदाहरण के लिए, एथेरियम 2.0 (सेरेनिटी) कैस्पर पीओएस एल्गोरिदम को लागू करने की योजना बना रहा है, जिसे ब्लॉक को मान्य करने के लिए नोड्स के बीच दो-तिहाई सर्वसम्मति की आवश्यकता होती है।
2014 में पेश किया गया, डेलिगेटेड प्रूफ-ऑफ-स्टेक (DPoS) PoS मॉडल का एक रूप है। डीपीओएस में, केवल उपयोगकर्ताओं के एक चुनिंदा समूह, जिन्हें प्रतिनिधि के रूप में जाना जाता है, के पास लेनदेन को मान्य करने और ब्लॉक बनाने का अधिकार है। उपयोगकर्ता प्रतिनिधि उम्मीदवारों को वोट देने के लिए ब्लॉकचेन की मुद्रा को दांव पर लगाते हैं, ब्लॉक पुरस्कार आम तौर पर दांव पर लगाई गई राशि के अनुपात में वितरित किए जाते हैं।
DPoS नोड्स को PoW या PoS की तुलना में अधिक तेजी से आम सहमति तक पहुंचने में सक्षम बनाता है, जिससे बड़े पैमाने पर तेजी से लेनदेन प्रसंस्करण की अनुमति मिलती है। हालाँकि, यह गति बीजान्टिन दोष सहनशीलता की कीमत पर आ सकती है। नेटवर्क सुरक्षा के लिए ज़िम्मेदार कम नोड्स के साथ, बहुसंख्यक हित के विरुद्ध मिलीभगत का जोखिम अधिक है। इसे कम करने के लिए, DPoS नेटवर्क अक्सर प्रतिनिधि चुनाव आयोजित करते हैं, यह सुनिश्चित करते हुए कि प्रतिनिधि अपने कार्यों और निर्णयों के लिए जवाबदेह बने रहें।
निष्कर्ष
जैसे-जैसे हमारा समाज बिटकॉइन जैसी वितरित प्रणालियों और विकेन्द्रीकृत मुद्राओं को तेजी से अपना रहा है, केंद्रीय निरीक्षण के बिना कई स्वतंत्र संस्थाओं के समन्वय के लिए बीजान्टिन जनरल्स समस्या महत्वपूर्ण हो जाती है। ऐसी प्रणालियों में, संभावित धोखे और विश्वासघात के बावजूद आम सहमति की अनुमति देते हुए, भ्रामक या गलत जानकारी के बीच भी लचीलापन और सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए बीजान्टिन दोष सहिष्णुता महत्वपूर्ण है।
बिटकॉइन उदाहरण देता है कि विभिन्न हमलों का मुकाबला करने में सक्षम भरोसेमंद वातावरण कैसे बनाया जाए। इसका प्रूफ-ऑफ-वर्क (पीओडब्ल्यू) एल्गोरिदम खनिकों के बीच प्रतिस्पर्धा को बढ़ावा देकर नेटवर्क सुरक्षा बनाए रखने में सहायक रहा है। यह प्रतिस्पर्धा किसी एक इकाई के लिए नेटवर्क पर हावी होना लगभग असंभव बना देती है, जिससे इसकी विकेंद्रीकृत प्रकृति सुनिश्चित हो जाती है। बीजान्टिन दोष सहिष्णुता में निहित बिटकॉइन का मॉडल, संभावित गलत सूचना और दुर्भावनापूर्ण गतिविधियों के सामने आम सहमति प्राप्त करने और सुरक्षा बनाए रखने के लिए एक मजबूत दृष्टिकोण का प्रतिनिधित्व करता है।
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