Блокчейндегі византиялық ақауларға төзімділік: жақынырақ қарау

Соңғы екі жылда криптовалюталардың өрісі айтарлықтай кеңейді. Жаңа жобалардың көбеюі әзірлеушілерге осы саладағы бар проблемаларды шешудің әртүрлі жолдарын ұсынады.

Жиі жиі айтылатын терминдердің бірі - «BFT консенсус механизмі». BFT Византиялық ақауларға төзімділік дегенді білдіреді және ол биткоиннан көп бұрын болған компьютерлік жүйелердегі теориялық мәселені ұсынады.

Дегенмен, көптеген блокчейнге негізделген хаттамалар Византияның ақауларға төзімділігімен байланысты мәселелерді шешумен айналысады, және төменде бұл мәселені және одан туындайтын барлық нәрселерді мұқият қарастырады.

Византия генералдарының мәселесі түсіндірілді

Византия генералдарының мәселесі консенсус тақырыбы көтерілген кезде ең көп талқыланатын теориялық жағдайлардың бірі болып табылады.

Мәселе алғаш рет 1982 жылы шыққан мақалада мойындалды Византия генералдарының мәселесі Лесли Лэмпорт, Роберт Шостак және Маршалл Пиз. Қағазда былай делінген:

Сенімді компьютерлік жүйе оның бір немесе бірнеше компоненттерінің істен шығуына төтеп бере алуы керек. Сәтсіз құрамдас жиі еленбейтін мінез-құлық түрін көрсетуі мүмкін, атап айтқанда жүйенің әртүрлі бөліктеріне қарама-қайшы ақпаратты жіберу. Сәтсіздіктің бұл түрімен күресу мәселесі абстрактілі түрде Византия генералдарының мәселесі ретінде көрсетілген.

Атау қағазда келтірілген ұқсастықтан алынған. Нақтырақ айтсақ, авторлар Византия армиясының бірнеше бөлімшелері жау қаласының сыртында орналасатын теориялық жағдайды сипаттайды. Әр дивизияны өз генералы басқарады, олардың барлығы әртүрлі лагерьлерде отырады. Командирлер әрекеттің ортақ жоспарын (шабуыл жасау немесе шегіну) жасауы керек және олар тек хабарламалармен ғана байланыса алады. Алайда, кейбір генералдар сатқын болып, адал генералдардың келісімге (консенсус) жетуіне кедергі келтіруге тырысуы мүмкін.

Сондықтан генералдар мыналарға кепілдік берудің жолын табуы керек:

• Барлық адал генералдар бір әрекет жоспарын шешеді.
• Аздаған сатқындар адал генералдардың жаман жоспарды қабылдауына себеп бола алмайды.

Жоғарыда айтылғандарды шеше алатын жүйе византиялық ақауларға төзімділікке (BFT) ие деп саналады. BFT консенсус алгоритмі осыдан туындайды.

Негізінде, Византиялық ақауларға төзімділік жүйенің сенімсіз (сенімсіз) қатысушылардан зардап шегуіне жол бермейтін жағдай болып табылады.

Византия генералының мәселесін шешу

Византия генералдары мәселесін шешу және Византия ақауларына төзімділікке (BFT) қол жеткізу үшін генералдар арасында олардың стратегиясы бойынша көпшілік келісімі болуы керек.

Бұл жүйеге және оның қажеттіліктеріне байланысты әртүрлі жолдармен қол жеткізіледі. Блокчейн контекстінде жұмыстың дәлелі де, дәлелі де византиялық ақауларға төзімділікке қол жеткізуге қабілетті, бірақ екеуінде де тәсіл әртүрлі.

Көптеген дәлелді блокчейндер түйіндерінің үштен біріне дейін ақаулы болуына төзе алады, бұл 3f+1 ереже мұндағы F - адал емес түйіндердің саны және формула жүйеде болуы қажет тұрақты түйіндердің санын береді.

Мысалы, 4 түйіні бар жүйеде (3f+1) критерийлерге сәйкес келу үшін олардың тек біреуі ғана ақаулы болуы мүмкін.

1999 жылы ақпанда Массачусетс технологиялық институтының (MIT) информатика зертханасының қызметкерлері Мигель Кастро мен Барбара Лисков проблеманың шешімін ұсынатын мақаланы жариялады. Византиялық ақауларға практикалық төзімділік.

Blockchain Византия генералдарының мәселесін қалай шешеді?

Блокчейнге негізделген технология Византия генералдары мәселесіне көптеген шешімдер ұсынады. Айырмашылықтар тағайындалған консенсус алгоритмінен және олардың BFT-ке деген көзқарасынан туындайды, бірақ Proof-of-Work және Proof-of-Stake өміршең шешімдерді қамтамасыз етеді.

Bitcoin Византия генералдарының мәселесін қалай шешеді?

Бір қызығы, түпнұсқалық ақпарда Сатоши Накамото Византия генералдарының мәселесі туралы айтпады, бірақ Bitcoin желісін енгізу арқылы бүркеншік атпен жасаушы оны негізінен Proof-of-Work (PoW) консенсус алгоритмі арқылы шешті.

Мәселені шешу үшін Сатоси цифрлық желіде криптографиялық қауіпсіздікті, сондай-ақ ашық кілтті шифрлауды пайдалану жолын жасады. Деректердің кез келген бұрмалануын болдырмау үшін криптографиялық қауіпсіздік хэштеуді пайдаланады, бұл ретте желі пайдаланушысының жеке басы олардың ашық кілті арқылы тексеріледі.

Транзакциялар хэш-мәні бойынша басқа блоктарға қосылған және криптографиямен қорғалған блоктарда қорғалған. Блокчейн генезис (бастапқы) блоктан келетін хэштерді тексеру үшін Merkle ағашын қолданатынын ескеру маңызды. Генезистік блоктан шыққан әрбір блок жарамды. Бұл блоктарды консенсус әдісінің бөлігі ретінде блоктарды шығару үшін жарыста криптографиялық басқатырғыштарды шешетін кеншілер тексереді.

Биткоин Византия генералдары мәселесін жеңу үшін блокчейнге арналған нақты және нақты объективті ережелер жинағын құрды. Желі мүшесі блокчейнге ақпарат қоса алу үшін жұмысты аяқтағанын растайтын құжатты жариялауы керек (демек, жұмыстың дәлелі). Бұл мүше үшін қымбатқа түседі және оларды қате ақпаратты бөлісуге итермелейді, өйткені оны басқа мемлекет мүшелері жоққа шығарады.

Барлық ережелер анық және объективті, яғни ақпаратты өзгертуге болмайды.

Византия генералдарының мәселесін дәлелдеу қалай шешеді?

Жалға алу консенсус алгоритмімен басқарылатын желілер тау-кен өндіруге сенбейді – олар стекингке сүйенеді. Желі валидаторы болу үшін пайдаланушы алдымен жүйеде қаражат салуы керек. Үлкен үлеске иелік ететіндер көбірек блоктарды тексеріп, үлкен сыйақылар ала алады. Ақпаратты өзгертуге әрекеттенгендер өздерінің ставкасын жоғалту қаупіне ұшырайды.

Бұл жүйелердің мәселені шешу жолдары әртүрлі. Мысалы, Ethereum 2.0 Casper алгоритмін қолданады. Жасалу және желіге қосу үшін белгілі бір блокты келісу үшін оған барлық түйіндердің кемінде үштен екісінің көпшілігі қажет.

Жүйенің қажеттілігіне және команданың көзқарасына негізделген мәселені шешудің ауыспалы әрекеттері бар. Мысалы, Delegated Proof of Stake (dPoS) көмегімен консенсусқа жету айтарлықтай жылдамырақ. Екінші жағынан, кейбір жүйелер практикалық византиялық ақауларға төзімділікті жүзеге асырады.