分布式一致性—拜占庭將軍問題_NFT

提起區塊鏈，大家似乎感覺這項技術很神秘。今天從技術的角度剖析一下區塊鏈的分布式一致性問題，很多研究人員稱此問題為分布式領域的幽靈，也就是大家常常聽到的拜占庭將軍問題。

拜占庭將軍問題是LeslieLamport提出的針對分布式對等網絡中的通信容錯問題。

LeslieLamport在其論文TheByzantineGeneralsProblem中以一個示例形象的描述了此問題：一組拜占庭將軍分別各率領一支軍隊共同圍困一座城市。為了簡化問題，各支軍隊的行動策略僅限定為進攻或撤離兩種。因為部分軍隊進攻、部分軍隊撤離可能會造成災難性后果，因此各位將軍必須通過投票來達成一致策略，即所有軍隊一起進攻或所有軍隊一起撤離。因為各位將軍分別處于城市不同方向，他們只能通過信使互相聯系。在投票過程中每位將軍都將自己投票給進攻還是撤退的信息通過信使分別通知其他所有將軍，從而，每位將軍根據自己的投票和其他所有將軍送來的信息就可以知道共同的投票結果而決定行動策略。

BTFS已上線NFT分布式存儲解決方案NFT Hub最新版本V1.1:據官方消息，BitTorrent File System（BTFS）已上線NFT分布式存儲解決方案NFT Hub最新版本V1.1。該版本新增Justin@BTFS頁面，用戶通過NFT hub平臺可一鍵查看波場TRON創始人兼BitTorrent CEO 孫宇晨在BTFS上分享的收藏、作品、報道等精彩內容。同時，該版本可支持NFT鑄造，進一步為全網用戶提供鑄造NFT的平臺級服務。

NFT Hub為BitTorrent File System（BTFS）近期上線的NFT分布式存儲解決方案，旨在進一步打通BTFS去中心化網絡與波場TRON生態, 為NFT免費提供分布式存儲支持。[2021/10/29 6:20:00]

用通信術語描述拜占庭將軍問題：可靠的計算機系統必須處理有故障的組件，這些組件的引入可能與系統其它部分信息沖突。根本不發送任何消息，向不同的鄰居發送不同且錯誤的消息，以及謊報自己的輸入值。一個可靠的計算機系統必須能夠處理一個或多個組件的失敗。失敗的組件出現被忽略的行為，向系統的其他部分發送不一致的信息。

1475：分布式存儲數據存儲量正經歷爆發式增長:在第六屆區塊鏈全球峰會上，協議實驗室創始人Juan Benet演講表示：數據存儲存儲量在未來會增長三倍。Filecoin挖礦正在蓬勃發展，目前已有550多名礦工，90多個組織參與Filecoin的開發工作。 此外，Juan Benet還表示，接下來Filecoin會重視為客戶提供存儲服務。提倡社區接下來尋找存儲的客戶服務、構建應用程序、考慮長遠發展。

IPFS技術龍頭1475對此表示：分布式數據存儲一直是新時代的一個大課題，在挖礦經濟模型刺激下，對于當下數據存儲量爆發式增長不意外，需要進一步提升算法與技術的研究，發掘更多實體應用落地方向，應對更多的客戶端數據存儲訂單。[2020/11/3 11:33:02]

在分布式計算中，不同的計算交換通訊信息從而達成共識并按照同一套協作策略行動。但有時，系統中的成員計算機可能因出錯而發送錯誤的信息，用于傳遞信息的通訊網絡也可能導致信息損壞，使得網絡中不同的成員關于全體協作的策略得出不同結論，從而破壞系統一致性。

銘識協議Eric：當前的分布式存儲項目過于專注存儲售賣 與智能化發展相去甚遠:金色財經現場報道，8月23日，在成都舉辦的“全球區塊鏈算力大會暨新基建礦業峰會”上，銘識協議中國區負責人Eric Yao表示，以Filecoin為代表的去中心化存儲項目，希望借助閑置存儲和帶寬來降低存儲成本，但過于專注云存儲售賣市場，與技術發展方向和全面智能化的大趨勢相去甚遠。[2020/8/23]

拜占庭將軍問題是存在前提假設條件的，在消息丟失的不可靠信道上試圖通過消息傳遞的方式達到一致性是不可能的，因此對一致性的研究一般假設是建立在信道是可靠的這個前提下。拜占庭將軍問題的核心是允許存在少數節點作惡的情況下如何達成共識的問題。

拜占庭將軍問題實際上是如何讓一個分布式系統的保持一致性和在特定條件下保持正確性的問題。可抽象為滿足以下2個條件的算法：

動態 | 中國人民銀行正式發布《金融分布式賬本技術安全規范》:近日，《金融分布式賬本技術安全規范》（JR/T 0184—2020）金融行業標準由中國人民銀行正式發布。標準規定了金融分布式賬本技術的安全體系，包括基礎硬件、基礎軟件、密碼算法、節點通信、賬本數據、共識協議、智能合約、身份管理、隱私保護、監管支撐、運維要求和治理機制等方面。標準適用于在金融領域從事分布式賬本系統建設或服務運營的機構。

本標準由全國金融標準化技術委員會歸口管理，由中國人民銀行數字貨幣研究所提出并負責起草，中國人民銀行科技司、中國工商銀行、中國農業銀行、中國銀行、中國建設銀行、國家開發銀行等單位共同參與起草。標準經過廣泛征求意見和論證，并通過了全國金融標準化技術委員會審查。[2020/2/23]

條件IC1.所有忠誠的將軍得出相同的作戰指令，并且按指令執行，保持指令的一致性。

條件IC2.如果作戰指令是忠誠的將軍發出的，所有忠誠的將軍會遵循該將軍發出的作戰指令，特定條件下的正確性。

LeslieLamport論文里TheByzantineGeneralsProblem提到了OralMessages和Signedmessages兩個解決方案，其算法如下：

1、OM(m)口頭協議算法

結論：如果有m個叛軍，必須至少有3m+1位將軍才能保證口頭協議算法能解“拜占庭將軍問題”。

前提假設：

A1.每個被發送的消息都能夠被正確的投遞

A2.信息接收者知道是誰發送的消息

A3.能夠知道缺少的消息(如果叛軍不配合發送消息，算法默認一個值“撤退”的來替代)

證明過程：

https://www.microsoft.com/en-us/research/uploads/prod/2016/12/The-Byzantine-Generals.pdf

2、SM簽名協議算法

結論：在不管有多少叛軍的情況下，都能讓忠誠的將軍們保持一致的行動

前提假設：

A1.每個被發送的消息都能夠被正確的投遞

A2.信息接收者知道是誰發送的消息

A3.能夠知道缺少的消息(如果叛軍不配合發送消息，算法默認一個值“撤退”的來替代)

A4.1簽名不可被偽造，一旦被篡改即可發現

A4.2任何人都可以驗證將軍簽名的可靠性

證明過程：

https://www.microsoft.com/en-us/research/uploads/prod/2016/12/The-Byzantine-Generals.pdf

讀者如果想對分布式算法深入解析，如Paxos、Pow、BFT，推薦區塊鏈核心算法一書，文中有部分值得深入研讀的參考文獻。

參考文獻：

TheByzantineGeneralsProblem.LESLIELAMPORT,ROBERTSHOSTAK,andMARSHALLPEASESRIInternational

區塊鏈核心算法解析.RogerWattenhofer

參考鏈接

TheByzantineGeneralsProblem

同步鏈接：

https://www.microsoft.com/en-us/research/uploads/prod/2016/12/The-Byzantine-Generals.pdf

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