ANT:分布式一致性—拜占庭將軍問題_TIN

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。

分布式資本沈波：價值4200萬美元的個人資產錢包被盜:金色財經報道，分布式資本創始人沈波在推特表示，“個人常用894結尾錢包，共4200萬美元價值資產，其中包含3800萬枚USDC在紐約時間11月10日凌晨被盜。被盜資產為個人資金，與分布式相關基金無關。目前已當地報案，FBI與律師均已介入。”[2022/11/23 8:00:05]

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。

A16z首席法務官：分布式系統上的結算層不僅僅是一個信息通信層:金色財經報道，A16z首席法務官Jai Ramaswamy在第一天的會議“理性監管 Web3：千載難逢的機會”上發言稱，比特幣論文的原始見解指出，分布式系統上的結算層不僅僅是一個信息通信層，而是一個新穎的計算機科學概念。然而，它的含義遠不止金融，因為它允許在互聯網上創建可編程的分布式層。目前所遇到的問題是，當人們思考監管時，他們會以靜態的方式思考，而事實上，這是一個動態的概念。如果我們考慮一下今天的世界是如何被監管的。互聯網的協議層實際上是被監管的，但它們一般是由自我監管組織（SRO）監管的。而在一些自律組織之外，還有包括SEC、CFTC、FinCen等在內的監管機構，這兩類監管機構通常監管應用層。

我們今天遇到的部分問題是金融監管機構開始監管或認為他們正在監管這些基礎層或協議層，這是一個錯誤。因為監管機構和金融監管機構最沒有能力做出設計決策。行業需要仔細考慮如何通過標準制定機構的自我監管通過最佳實踐來監管基礎層。[2022/10/24 16:37:10]

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。

中國工程院院士：分布式數據存儲成為維持元宇宙持久運轉的基本方式:11月23日，主題為“數據覺醒”的“2021（十七屆）中國數據與存儲峰會”在線上召開。“元宇宙既包含數字經濟中的5G、人工智能、區塊鏈、云計算、大數據，也融合了對VR、AR、腦機接口、物聯網等技術的前瞻布局。”中國工程院院士、清華大學計算機科學與技術系教授鄭緯民指出，元宇宙是一個由數據組成的世界，分布式數據存儲成為維持元宇宙持久運轉的基本方式。同時，在數據的使用過程中，數據生產者、管理者、整合者、使用者等角色之間的權利邊界存在一定的模糊交叉，導致數據要素的產權屬性難以確認，將引發大量數據濫用的情況，區塊鏈則是解決這一系列問題的關鍵技術和基礎設施。

在鄭緯民院士看來，算力和數據是元宇宙和數字經濟發展的基礎，數字政府、金融科技、智慧醫療、智能制造等互聯網創新領域都需要算力支撐。隨著我國數字經濟推進速度的加快，各行各業已經積累了大量的數據，為數據要素化、市場化奠定了穩固根基。（東方網）[2021/11/23 7:06:41]

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。

金色財經現場報道 Merculet創始人姜孟君：分布式商業不需要十年的發展時間:金色財經現場報道，在2018區塊鏈技術及應用峰會上，Merculet創始人姜孟君表示，互聯網分為三個階段：PC互聯網、移動互聯網和價值互聯網（區塊鏈）。他提出，重啟百花齊放覆蓋全流程的解決方案：1、創建用戶注意力 Token ；2、科學評估用戶注意力；3、對用戶注意力進行 Token 化運營；4、以 Token 為基礎進行生態打通。姜孟君最后表示，分布式商業不需要十年的發展時間，僅用兩年就夠了。[2018/3/30]

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：

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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