ปัญหานายพลไบแซนไทน์คืออะไร?

ปัญหาของนายพลไบแซนไทน์เป็นปัญหาพื้นฐานในขอบเขตของระบบแบบกระจาย ซึ่งสรุปถึงความท้าทายในการบรรลุฉันทามติในเครือข่ายแบบกระจายอำนาจ ปัญหานี้มาจากทฤษฎีเกม เป็นส่วนสำคัญในการทำความเข้าใจพลวัตของการตัดสินใจ โดยที่ผู้เข้าร่วมไม่สามารถยืนยันตัวตนหรือความสมบูรณ์ของผู้อื่นในสภาพแวดล้อมที่มีช่องทางการสื่อสารที่ไม่น่าเชื่อถือ

โดยแก่นแท้แล้ว ปัญหาของนายพลไบเซนไทน์ นำเสนอสถานการณ์ที่กลุ่มนายพล ซึ่งแต่ละฝ่ายเป็นผู้นำกองทหาร จะต้องตัดสินใจอย่างเป็นเอกฉันท์ว่าจะโจมตีหรือถอยออกจากเมืองที่ถูกปิดล้อม จุดสำคัญของปัญหาอยู่ที่ความน่าเชื่อถือของผู้ส่งสารที่เสี่ยงต่อการถูกสกัดกั้นหรือการทุจริตโดยผู้พิทักษ์เมือง ความท้าทายอยู่ที่นายพลผู้จงรักภักดีจะต้องสร้างแนวทางปฏิบัติที่จะเอาชนะการหลอกลวงของผู้เข้าร่วมที่ไม่ซื่อสัตย์ เพื่อให้มั่นใจว่ามีความเห็นพ้องต้องกันที่แข็งแกร่งสำหรับการโจมตีหรือการล่าถอยร่วมกัน

ปัญหานี้มีความโดดเด่นเป็นพิเศษในระบบคอมพิวเตอร์แบบกระจาย ซึ่งการบรรลุฉันทามติโดยไม่มีหน่วยงานกลางที่เชื่อถือได้ถือเป็นอุปสรรคสำคัญ การเปรียบเทียบมีความเกี่ยวข้องอย่างยิ่งในบริบทของ Bitcoin และสกุลเงินดิจิทัลอื่น ๆ การแก้ปัญหาของนายพลไบแซนไทน์ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการสร้าง Bitcoin โดยวางรากฐานสำหรับการพัฒนาสกุลเงินดิจิทัลแบบกระจายอำนาจ โดยที่ความไว้วางใจในหน่วยงานกลางถูกแทนที่ด้วยกลไกที่เป็นเอกฉันท์ระหว่างโหนดเครือข่าย

Bitcoin แก้ไขปัญหานี้ด้วยการผสมผสานเทคนิคการเข้ารหัสที่เป็นนวัตกรรมและ อัลกอริธึมที่เป็นเอกฉันท์ การรวมกันนี้ก่อให้เกิดโปรโตคอลที่ช่วยให้โหนดในเครือข่าย Bitcoin สามารถตกลงกับสถานะของบล็อคเชนได้ ทำให้มั่นใจในความสมบูรณ์และความต่อเนื่องของสกุลเงินดิจิทัลโดยไม่จำเป็นต้องมีหน่วยงานกลาง การแก้ปัญหาของนายพลไบแซนไทน์จึงเป็นรากฐานสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีบล็อกเชนและสกุลเงินดิจิทัล ซึ่งปูทางไปสู่ยุคใหม่ของการทำธุรกรรมดิจิทัลแบบกระจายอำนาจ

ประวัติความเป็นมาของปัญหาของนายพลไบแซนไทน์ในด้านเทคโนโลยีแบบกระจาย

ปัญหานายพลไบแซนไทน์ ซึ่งเป็นแนวคิดสำคัญในสาขาวิทยาการคอมพิวเตอร์และระบบแบบกระจาย ได้รับการแนะนำครั้งแรกในบทความวิจัยโดย Leslie Lamport , Robert Shostak และ Marshall Pease ในปี 1982 ปัญหานี้สรุปความท้าทายในการบรรลุฉันทามติระหว่างองค์ประกอบต่างๆ ของ ระบบแบบกระจาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้เงื่อนไขที่ส่วนประกอบบางอย่างอาจล้มเหลวหรือทำงานไม่น่าเชื่อถือ

บทความวิจัยซึ่งได้รับการสนับสนุนที่โดดเด่นจากองค์กรที่มีชื่อเสียง เช่น NASA, หน่วยบัญชาการระบบป้องกันขีปนาวุธ และสำนักงานวิจัยกองทัพบก เน้นย้ำถึงความสำคัญของปัญหานี้ ไม่เพียงแต่ในการสื่อสารทางทหารเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงระบบคอมพิวเตอร์ที่หลากหลายด้วย ปัญหาดังกล่าวนำเสนอสถานการณ์ที่กองทัพหลายฝ่ายซึ่งคล้ายคลึงกับโหนดในเครือข่ายคอมพิวเตอร์ ต้องตกลงร่วมกันในแนวทางปฏิบัติที่เป็นเอกภาพ อย่างไรก็ตาม จะต้องบรรลุฉันทามตินี้ แม้ว่าจะมีองค์ประกอบที่ไม่น่าเชื่อถือหรืออาจทรยศอยู่ภายในระบบ ซึ่งมีสัญลักษณ์โดยนายพลและผู้ส่งสารของพวกเขา

ในรายงานของพวกเขา Lamport, Shostak และ Pease ระบุอย่างชัดเจนว่าระบบคอมพิวเตอร์ที่เชื่อถือได้จะต้องจัดการความล้มเหลวของส่วนประกอบอย่างน้อยหนึ่งอย่าง ซึ่งอาจส่งข้อมูลที่ขัดแย้งกัน สิ่งนี้นำไปสู่แนวคิดเรื่อง Byzantine Fault Tolerance ซึ่งเป็นคุณลักษณะที่สำคัญสำหรับระบบในการทำงานอย่างถูกต้องแม้ในขณะที่ส่วนประกอบล้มเหลว

ช่วงปลายทศวรรษ 1990 มีความก้าวหน้าเพิ่มเติมร่วมกับนักวิจัย Barbara Liskov และ Miguel Castro ในการพัฒนาอัลกอริธึม Practical Byzantine Fault Tolerance (pBFT) ซึ่งช่วยเพิ่มฉันทามติในเครือข่ายแบบกระจาย แม้ว่า pBFT จะเผชิญกับความท้าทาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านความสามารถในการขยายขนาด แต่ก็ได้วางรากฐานสำหรับเทคโนโลยีบล็อกเชนที่ตามมา

ก้าวสำคัญในการแก้ไขปัญหานายพลไบเซนไทน์มาพร้อมกับสมุดปกขาว Bitcoin ปี 2008 ของ Satoshi Nakamoto โดยแนะนำ อัลกอริธึม proof of work (PoW) นวัตกรรมนี้ได้ปฏิวัติวงการด้วยการนำเสนอโซลูชั่นที่ใช้งานได้จริงเพื่อให้บรรลุฉันทามติในสภาพแวดล้อมที่มีการกระจายอำนาจและไร้ความน่าเชื่อถือ ซึ่งเป็นรากฐานที่สำคัญในการพัฒนาสกุลเงินดิจิทัลและเทคโนโลยีบล็อกเชน

ปัญหานายพลไบแซนไทน์ได้พัฒนาจากภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกทางทฤษฎีในวิทยาการคอมพิวเตอร์ไปจนถึงองค์ประกอบพื้นฐานในการประมวลผลสมัยใหม่และเทคโนโลยีสกุลเงินดิจิทัล โดยเน้นย้ำถึงความสำคัญของการสื่อสารที่เชื่อถือได้ในระบบแบบกระจาย

อัลกอริธึมความทนทานต่อความผิดพลาดของไบเซนไทน์ยอดนิยม

เพื่อป้องกันการหยุดชะงักของระบบแบบกระจายโดยกลุ่มเล็กๆ ของผู้ดำเนินการที่เป็นอันตราย จึงจำเป็นอย่างยิ่งที่ต้องใช้อัลกอริธึมที่แข็งแกร่ง ความต้องการนี้ได้นำไปสู่การพัฒนาโปรโตคอลฉันทามติที่ทนทานต่อข้อผิดพลาดของ Byzantine ซึ่งเป็นเครื่องมือสำคัญในการทำให้การประมวลผลแบบกระจายที่เชื่อถือได้สามารถจัดการกับความล้มเหลวของ Byzantine ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

โปรโตคอลหนึ่งดังกล่าวคือ Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) ซึ่งเป็นอัลกอริธึมที่เป็นเอกฉันท์ที่ออกแบบมาสำหรับระบบแบบกระจาย PBFT สามารถรองรับโหนดได้มากถึงหนึ่งในสามที่ทำงานในลักษณะไบเซนไทน์ - โดยพลการหรือเป็นอันตราย - โดยไม่กระทบต่อความสมบูรณ์ของเครือข่าย อัลกอริธึมนี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้บรรลุฉันทามติเกี่ยวกับลำดับการดำเนินการในลักษณะที่รวดเร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ขณะเดียวกันก็รักษาการทำงานที่สม่ำเสมอแม้ต้องเผชิญกับความล้มเหลวของ Byzantine PBFT ใช้การผสมผสานของลายเซ็นดิจิทัล การหมดเวลา และการตอบรับเพื่อให้แน่ใจว่ากระบวนการฉันทามติมีความคืบหน้าอย่างต่อเนื่อง แม้ว่าบางโหนดจะถูกบุกรุกหรือดำเนินการที่เป็นอันตราย ตราบใดที่ส่วนใหญ่ยังคงเชื่อถือได้

โปรโตคอลที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือ ข้อตกลง Federated Byzantine (FBA) ซึ่งปรับแต่งสำหรับเครือข่ายแบบกระจายอำนาจ FBA ช่วยให้โหนดสามารถบรรลุฉันทามติได้โดยไม่ต้องใช้อำนาจจากส่วนกลาง ดำเนินงานโดยการสร้างสหพันธ์ของโหนดอิสระที่ไว้วางใจซึ่งกันและกัน ภายในแต่ละสหพันธ์ โหนดเห็นพ้องกับลำดับและความชอบธรรมของธุรกรรมหรือเหตุการณ์ ทำให้สหพันธ์ที่แตกต่างกันสามารถดำเนินกระบวนการฉันทามติได้อย่างอิสระ ตัวอย่างของการใช้งานโดยใช้ FBA คือ Fedimint ซึ่งเป็นโปรโตคอลโอเพ่นซอร์สที่โดดเด่นสำหรับธุรกรรมและการดูแล Bitcoin Fedimint ใช้อัลกอริธึมฉันทามติที่ทนต่อข้อผิดพลาด Byzantine ของฮันนี่แบดเจอร์ (HBBFT) ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการปรับตัวและประสิทธิภาพของ FBA ในการใช้งานในโลกแห่งความเป็นจริง

Proof-of-Work (PoW) และปัญหานายพลไบแซนไทน์

ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2551 Satoshi Nakamoto ได้เปิดตัวเอกสารไวท์เปเปอร์ Bitcoin ฉบับแรก โดยวางรากฐานสำหรับสิ่งที่จะกลายเป็นเครือข่าย Bitcoin ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2552 แม้ว่าเอกสารไวท์เปเปอร์จะไม่ได้กล่าวถึง "ปัญหานายพลของไบแซนไทน์" อย่างชัดเจน แต่ก็นำเสนอแนวทางแก้ไขปัญหาระยะยาวนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปัญหาที่ยืนหยัดในเครือข่ายการสื่อสารดิจิทัล

นวัตกรรมของ Nakamoto เกี่ยวข้องกับการใช้การรักษาความปลอดภัยด้วยการเข้ารหัสและการเข้ารหัสคีย์สาธารณะเพื่อจัดการกับความท้าทายที่เกิดจากปัญหานายพลไบแซนไทน์ในขอบเขตของธุรกรรมดิจิทัล การรักษาความปลอดภัยด้านการเข้ารหัสใช้การแฮชซึ่งเป็นกระบวนการแปลงข้อมูลให้เป็นโค้ดที่ไม่ซ้ำใคร เพื่อป้องกันการปลอมแปลง การเข้ารหัสคีย์สาธารณะใช้เพื่อตรวจสอบตัวตนของผู้เข้าร่วมภายในเครือข่าย

ธุรกรรมใน Bitcoin ได้รับการรักษาความปลอดภัยภายในบล็อก โดยแต่ละบล็อกเชื่อมโยงกับรายการก่อนหน้าผ่านค่าแฮช สิ่งนี้จะสร้างสายโซ่ที่ติดตามย้อนกลับไปยังบล็อกแรกสุดที่เรียกว่าบล็อกกำเนิด บล็อกเชนใช้โครงสร้าง Merkle Tree เพื่อตรวจสอบสิทธิ์แฮชที่มาจากบล็อกเริ่มต้นนี้

รับประกันความถูกต้องภายในเครือข่าย เนื่องจากแต่ละบล็อกติดตามกลับไปยังบล็อกกำเนิด นักขุดที่แข่งขันกันเพื่อไขปริศนาการเข้ารหัสที่ซับซ้อน ตรวจสอบบล็อกเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของกลไกฉันทามติ Proof of Work (PoW) วิธีการนี้ไม่เพียงแต่ทำให้ความสมบูรณ์ของบล็อกเชนแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น แต่ยังสร้างแรงจูงใจให้นักขุดให้ข้อมูลที่เป็นความจริง เนื่องจากต้นทุนในการสร้างบล็อกนั้นสูงมาก

ลักษณะวัตถุประสงค์ของกฎของ Bitcoin ช่วยลดความเป็นไปได้ที่ข้อมูลจะเปลี่ยนแปลงหรือโต้แย้งภายในเครือข่าย เกณฑ์ในการตรวจสอบธุรกรรมและการสร้าง Bitcoin ใหม่นั้นชัดเจนและเป็นกลาง เมื่อเพิ่มบล็อกลงในบล็อกเชนแล้ว แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะเปลี่ยนแปลง ดังนั้นจึงเป็นการประสานบันทึกประวัติการทำธุรกรรมเข้าด้วยกัน

ในระบบนี้ นักขุดจะมีบทบาทคล้ายคลึงกับนายพลในปัญหานายพลไบแซนไทน์ โดยแต่ละโหนดจะรับผิดชอบในการตรวจสอบธุรกรรม ซึ่งเทียบเท่ากับข้อความสมัยใหม่ในการเปรียบเทียบดั้งเดิม การใช้การรักษาความปลอดภัยด้วยการเข้ารหัสของบล็อกเชนป้องกันการโจมตีที่อาจเกิดขึ้นจากแฮกเกอร์ (คล้ายกับศัตรูในการเปรียบเทียบ) เนื่องจากธุรกรรมจะถูกจัดกลุ่มเป็นบล็อกและแฮชเพื่อความปลอดภัยเพิ่มเติม การออกแบบของ Satoshi นำเสนอองค์ประกอบความน่าจะเป็นโดยการวางนักขุดในสภาพแวดล้อมที่มีการแข่งขันเพื่อตรวจสอบบล็อก ซึ่งช่วยเพิ่มการกระจายอำนาจของเครือข่าย

การแข่งขันระหว่างนักขุดเกี่ยวข้องกับการไขปริศนาการเข้ารหัส โดยโอกาสที่จะประสบความสำเร็จนั้นขึ้นอยู่กับพลังการคำนวณหรืออัตราแฮชของพวกเขา นักขุดที่ไขปริศนาได้จะถ่ายทอดวิธีแก้ปัญหา ซึ่งนักขุดคนอื่นๆ จะตรวจสอบความถูกต้อง เป้าหมายความยากของปริศนาช่วยให้มั่นใจถึงความถูกต้องของการแก้ปัญหา

ดังนั้นสมาชิกของเครือข่าย Bitcoin ทุกคนจึงสามารถตกลงกันเกี่ยวกับสถานะของบล็อคเชนและธุรกรรมทั้งหมดได้อย่างสม่ำเสมอ แต่ละโหนดจะตรวจสอบความถูกต้องของการบล็อกและธุรกรรมอย่างอิสระ โดยไม่จำเป็นต้องได้รับความไว้วางใจจากผู้เข้าร่วมเครือข่าย

นอกจากนี้ ลักษณะการกระจายอำนาจของบล็อกเชนทำให้ไม่มีจุดล้มเหลวเพียงจุดเดียว บล็อกจะถูกจัดเก็บไว้ในฐานข้อมูลแบบกระจาย และจำลองแบบทั่วทั้งเครือข่าย ช่วยเพิ่มความทนทานต่อข้อผิดพลาด และรับรองว่าความล้มเหลวของโหนดเดียวจะไม่กระทบต่อทั้งระบบ ความซ้ำซ้อนนี้คล้ายกับการมีผู้ส่งสารหลายคนในการเปรียบเทียบของนายพลไบแซนไทน์ เพื่อให้มั่นใจว่าข้อความจะถูกเก็บรักษาไว้แม้ว่าจะมีผู้ส่งสารรายหนึ่งถูกโจมตีก็ตาม

อนาคตของบล็อกเชน: Proof-of-Stake (PoS) และ Delegated Proof-of-Stake (DPoS)

Proof-of-Stake (PoS) เป็นกลไกที่เป็นเอกฉันท์ในเทคโนโลยีบล็อกเชนที่เปิดตัวในปี 2012 เพื่อแก้ไขปัญหานายพลไบแซนไทน์ เครือข่าย PoS ต่างจากเครือข่ายที่ใช้ Proof-of-Work (PoW) ตรงที่ไม่ต้องอาศัยการขุด แต่พวกเขาใช้กระบวนการที่เรียกว่า การปักหลักแทน

ในระบบนี้ ผู้ใช้ซึ่งเรียกว่าผู้ตรวจสอบความถูกต้อง เดิมพันเงินของพวกเขาเป็นรูปแบบหนึ่งของการรักษาความปลอดภัย ยิ่งผู้ตรวจสอบถือเหรียญมากเท่าใด พวกเขาจะสามารถตรวจสอบบล็อกได้มากขึ้นเท่านั้น และยิ่งได้รับรางวัลมากขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม มีความเสี่ยงที่เกี่ยวข้อง: ผู้ตรวจสอบความถูกต้องที่พยายามอนุมัติธุรกรรมที่เป็นเท็จอาจสูญเสียเงินทุนที่เดิมพันไว้

PoS อนุญาตให้ผู้ใช้เดิมพันเหรียญโดยใช้คอมพิวเตอร์ที่บ้านมาตรฐาน ซึ่งแตกต่างจากฮาร์ดแวร์เฉพาะที่จำเป็นสำหรับการขุด PoW เครือข่ายที่ใช้ PoS ต่างๆ ได้พัฒนากลไกเพื่อป้องกันการใช้จ่ายซ้ำซ้อนและความเสี่ยงด้านความปลอดภัยอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับความล้มเหลวของ Byzantine ตัวอย่างเช่น Ethereum 2.0 (Serenity) วางแผนที่จะใช้อัลกอริทึม Casper PoS ซึ่งต้องการความเห็นพ้องต้องกันสองในสามระหว่างโหนดเพื่อตรวจสอบความถูกต้องของบล็อก

Delegated Proof-of-Stake (DPoS) เปิดตัวในปี 2014 ซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของโมเดล PoS ใน DPoS เฉพาะกลุ่มผู้ใช้ที่ได้รับเลือกซึ่งเรียกว่าผู้รับมอบสิทธิ์เท่านั้นที่มีอำนาจในการตรวจสอบธุรกรรมและสร้างบล็อก ผู้ใช้เดิมพันสกุลเงินของบล็อกเชนเพื่อโหวตให้ผู้สมัครรับมอบสิทธิ์ โดยโดยทั่วไปรางวัลบล็อกจะกระจายตามสัดส่วนของจำนวนเงินเดิมพัน

DPoS ช่วยให้โหนดเข้าถึงฉันทามติได้รวดเร็วกว่า PoW หรือ PoS ช่วยให้ประมวลผลธุรกรรมได้เร็วขึ้น อย่างไรก็ตาม ความเร็วนี้อาจต้องแลกมาด้วยค่าเผื่อความเสียหายของไบเซนไทน์ เนื่องจากมีโหนดน้อยลงที่รับผิดชอบด้านความปลอดภัยของเครือข่าย จึงมีความเสี่ยงสูงที่จะมีการสมรู้ร่วมคิดกับผลประโยชน์ส่วนใหญ่ เพื่อบรรเทาปัญหานี้ เครือข่าย DPoS มักจัดการเลือกตั้งผู้แทน เพื่อให้มั่นใจว่าผู้ได้รับมอบหมายยังคงรับผิดชอบต่อการกระทำและการตัดสินใจของตน

บทสรุป

ในขณะที่สังคมของเราใช้ระบบแบบกระจายและสกุลเงินที่กระจายอำนาจเช่น Bitcoin มากขึ้น ปัญหา Byzantine Generals จึงกลายเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการประสานงานหน่วยงานอิสระหลายแห่งโดยไม่มีการกำกับดูแลจากส่วนกลาง ในระบบดังกล่าว การทนทานต่อข้อผิดพลาดของ Byzantine เป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้มั่นใจถึงความยืดหยุ่นและความปลอดภัย แม้จะอยู่ท่ามกลางข้อมูลที่ทำให้เข้าใจผิดหรือเป็นเท็จ ทำให้เกิดความเห็นพ้องต้องกันแม้ว่าจะมีการหลอกลวงและการทรยศหักหลังก็ตาม

Bitcoin เป็นตัวอย่างวิธีการสร้างสภาพแวดล้อมที่ไม่น่าเชื่อถือที่สามารถตอบโต้การโจมตีต่างๆ ได้ อัลกอริธึม Proof-of-Work (PoW) เป็นเครื่องมือในการรักษาความปลอดภัยเครือข่ายโดยส่งเสริมการแข่งขันระหว่างนักขุด การแข่งขันครั้งนี้ทำให้แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่หน่วยงานใด ๆ จะสามารถครองเครือข่ายได้ ดังนั้นจึงรับประกันถึงลักษณะการกระจายอำนาจ แบบจำลองของ Bitcoin ซึ่งมีรากฐานมาจากความทนทานต่อข้อผิดพลาดของ Byzantine แสดงถึงแนวทางที่แข็งแกร่งในการบรรลุฉันทามติและรักษาความปลอดภัยเมื่อเผชิญกับข้อมูลที่ผิดและกิจกรรมที่เป็นอันตรายที่อาจเกิดขึ้น

โปรดทราบว่า Plisio ยังให้คุณ:

สร้างใบแจ้งหนี้ Crypto ใน 2 คลิก and ยอมรับการบริจาค Crypto

12 การบูรณาการ

6 ไลบรารีสำหรับภาษาโปรแกรมยอดนิยม

19 cryptocurrencies และ 12 blockchains

ปัญหานายพลไบแซนไทน์คืออะไร?

ประวัติความเป็นมาของปัญหาของนายพลไบแซนไทน์ในด้านเทคโนโลยีแบบกระจาย

อัลกอริธึมความทนทานต่อความผิดพลาดของไบเซนไทน์ยอดนิยม

Proof-of-Work (PoW) และปัญหานายพลไบแซนไทน์

อนาคตของบล็อกเชน: Proof-of-Stake (PoS) และ Delegated Proof-of-Stake (DPoS)

บทสรุป

Ready to Get Started?

Always know what you pay

Start your integration