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解析中本聰如何用比特幣解決在分布式結(jié)構(gòu)中“拜占庭將軍”難題的?

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匿名用戶5星評(píng)價(jià)

2019-08-14 10:53:02

解析中本聰如何用比特幣解決在分布式結(jié)構(gòu)中“拜占庭將軍”難題的?

一群拜占庭將軍分別各率領(lǐng)一支軍隊(duì)共同攻打一座城市。假如軍隊(duì)只有進(jìn)攻或撤離兩種選擇。因此將軍們必須通過(guò)投票來(lái)選擇最終的策略,也就是所有軍隊(duì)一起進(jìn)攻或所有軍隊(duì)一起撤離。

因?yàn)楦魑粚④姺痔幊鞘胁煌较?,他們只能通過(guò)信使互相聯(lián)系。在投票過(guò)程中每位將軍都將自己投票給進(jìn)攻還是撤退的信息通過(guò)信使分別通知其他所有將軍,這樣一來(lái)每位將軍根據(jù)自己的投票和其他所有將軍送來(lái)的信息就可以知道共同的投票結(jié)果而決定行動(dòng)策略。

這里有兩個(gè)問(wèn)題。

一是將軍中可能出現(xiàn)叛徒,叛徒不僅可能給糟糕的策略投票,還可能選擇性地發(fā)送投票信息。假設(shè)有9位將軍投票,其中1名叛徒。8名忠誠(chéng)的將軍中出現(xiàn)了4人投進(jìn)攻,4人投撤離的情況。這時(shí)候叛徒可能故意給4名投進(jìn)攻的將領(lǐng)送信表示投票進(jìn)攻,而給4名投撤離的將領(lǐng)送信表示投撤離。這樣一來(lái)在4名投進(jìn)攻的將領(lǐng)看來(lái),投票結(jié)果是5人投進(jìn)攻,從而發(fā)起進(jìn)攻;而在4名投撤離的將軍看來(lái)則是5人投撤離。最后的結(jié)果是軍隊(duì)步調(diào)不一,可能會(huì)輸?shù)暨@場(chǎng)戰(zhàn)役。

二是由于將軍之間需要通過(guò)信使通訊,信使成了關(guān)鍵的一環(huán)。叛變將軍可能通過(guò)偽造信件來(lái)以其他將軍的身份發(fā)送假投票。即便所有將軍都保持忠誠(chéng),也不能排除信使被敵人截殺,甚至被敵人間諜替換等情況。

因此很難通過(guò)保證人員可靠性(叛徒)及通訊可靠性(信使)來(lái)解決問(wèn)題。

區(qū)塊鏈?zhǔn)窃鯓咏鉀Q拜占庭的問(wèn)題的呢?

答案是共識(shí)算法。

在拜占庭的將軍之中,如果我們?cè)趹?zhàn)役之前規(guī)定:

九名將軍按照順序分別投票,順序分別為A~J,每個(gè)將軍都有自己獨(dú)一無(wú)二的印章。需要投票時(shí),A先投票,a投完票后將自己的投票結(jié)果分別蓋上自己獨(dú)一無(wú)二的印章,給另外八位將軍每人發(fā)一份自己的投票結(jié)果。

當(dāng)b收到a的投票結(jié)果時(shí),在將自己的投票結(jié)果加蓋印章后分別發(fā)給另外八個(gè)人,直到最后j投票后,每人手中都有8份投票結(jié)果。在投票結(jié)束后,每位將軍可以向其他任意幾位將軍發(fā)送驗(yàn)證信息,來(lái)核對(duì)雙方得到的投票結(jié)果是否相同。

假如這里面有叛徒,叛徒在這種投票機(jī)制下,如果他選擇在發(fā)出去的八份信報(bào)中針對(duì)不同的將軍寫了不同的投票結(jié)果。投票結(jié)束后如果有將軍覺(jué)得投票有問(wèn)題,他向其他將軍驗(yàn)證時(shí)可能會(huì)得出某一個(gè)人的投票有兩種情況,這時(shí)候叛徒就會(huì)被發(fā)現(xiàn)。所以叛徒只能在發(fā)出去的八份信報(bào)中保持相同的投票,這顯然不會(huì)影響最后軍隊(duì)的整體行動(dòng)的一致性。

如果在信報(bào)傳遞的過(guò)程中出現(xiàn)了被截?cái)嗷蛘邅G失的情況,沒(méi)有收到信報(bào)的將軍可以向其他收到信報(bào)的幾位將軍尋求丟失信報(bào)的投票結(jié)果。如果信報(bào)被篡改,那在最后將軍們之間相互驗(yàn)證的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤,得到正確的結(jié)果。

在實(shí)際的區(qū)塊鏈系統(tǒng)中,解決拜占庭問(wèn)題所采用的共識(shí)機(jī)制有好幾種方法,提供了將軍們投票順序的解決方法。比如工作量證明機(jī)制(PoW,按照將軍們平時(shí)的勤勞程度決定投票順序)、權(quán)益證明機(jī)制(PoS,按照將軍們各自的財(cái)富所有程度決定投票順序)。