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WF曲速區(qū)：近日，在加密貨幣經(jīng)歷“混亂時(shí)期”后，區(qū)塊鏈再次火爆起來，受到了各方的極大關(guān)注與重視，成為資本市場(chǎng)和各領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)，就連朋友圈中的探討和分享也讓人目不暇接。

區(qū)塊鏈核心算法一：拜占庭協(xié)定

超級(jí)賬本PBFT是Practical Byzantine Fault Tolerance的縮寫，意為實(shí)用拜占庭容錯(cuò)算法。該算法是Miguel Castro (卡斯特羅)和Barbara Liskov（利斯科夫）在1999年提出來的，解決了原始拜占庭容錯(cuò)算法效率不高的問題，將算法復(fù)雜度由指數(shù)級(jí)降低到多項(xiàng)式級(jí)，使得拜占庭容錯(cuò)算法在實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用中變得可行。該論文發(fā)表在1999年的操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)國(guó)際會(huì)議上（OSDI99）。沒錯(cuò)，這個(gè)Loskov就是提出著名的里氏替換原則（LSP）的人，2008年圖靈獎(jiǎng)得主。

拜占庭的故事大概是這么說的：拜占庭帝國(guó)擁有巨大的財(cái)富，周圍10個(gè)鄰邦垂誕已久，但拜占庭高墻聳立，固若金湯，沒有一個(gè)單獨(dú)的鄰邦能夠成功入侵。任何單個(gè)鄰邦入侵的都會(huì)失敗，同時(shí)也有可能自身被其他9個(gè)鄰邦入侵。拜占庭帝國(guó)防御能力如此之強(qiáng)，至少要有十個(gè)鄰邦中的一半以上同時(shí)進(jìn)攻，才有可能攻破。然而，如果其中的一個(gè)或者幾個(gè)鄰邦本身答應(yīng)好一起進(jìn)攻，但實(shí)際過程出現(xiàn)背叛，那么入侵者可能都會(huì)被殲滅。于是每一方都小心行事，不敢輕易相信鄰國(guó)。這就是拜占庭將軍問題。

就上面的問題：拜占庭的n個(gè)將軍圍攻一個(gè)敵人，n個(gè)將軍包圍著這個(gè)敵人，所以他們是在不同的地方。忠誠(chéng)的將軍希望通過某種協(xié)議達(dá)成某個(gè)命令的一致（比如約定某個(gè)時(shí)間一起進(jìn)攻）。但其中一些背叛的將軍會(huì)通過發(fā)送錯(cuò)誤的消息阻撓忠誠(chéng)的將軍達(dá)成命令上的一致。如果同時(shí)發(fā)起進(jìn)攻的將軍數(shù)量少于m個(gè)，那么不足以殲滅敵人反而容易被敵人全部殲滅。怎樣做才能保證有多于m個(gè)將軍在同一時(shí)間一起發(fā)起進(jìn)攻？

“拜占庭將軍問題”模型中，對(duì)于將軍們（節(jié)點(diǎn)）有兩個(gè)默認(rèn)的假設(shè)： 

1.所有忠誠(chéng)的將軍收到相同的命令后，執(zhí)行這條命令得到的結(jié)果一定是相同的；

2.如果命令是正確的，那么所有忠誠(chéng)的將軍必須執(zhí)行這條命令。

假設(shè)2的含義是：忠誠(chéng)的將軍需要判斷接收到的命令是不是正確的。這個(gè)判斷命令的方法是整個(gè)拜占庭容錯(cuò)技術(shù)的核心。

對(duì)于將軍們的通信過程，在“拜占庭將軍問題”中也是有默認(rèn)假設(shè)的：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信是沒問題的。也就是說，在這里，我們假設(shè)A將軍要給B將軍一條命令X，那么派出去的傳令兵一定會(huì)準(zhǔn)確的把命令X傳遞給B將軍。

在這個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)里：每個(gè)將軍都有一份實(shí)時(shí)與其他將軍同步的消息賬本。賬本里有每個(gè)將軍的簽名都是可以驗(yàn)證身份的。如果有哪些消息不一致，可以知道消息不一致的是哪些將軍。盡管有消息不一致的，只要超過半數(shù)同意進(jìn)攻，少數(shù)服從多數(shù)，共識(shí)達(dá)成。

有了上述假設(shè)，我們來看看將軍們面臨的核心問題是什么。

拜占庭帝國(guó)的幾支軍隊(duì)攻打到了敵人的城市外面，然后分開駐扎。每一支軍隊(duì)由一位拜占庭將軍(Byzantine general)率領(lǐng)。為了制定出一個(gè)統(tǒng)一的作戰(zhàn)計(jì)劃，每一位將軍需要通過信差(messenger)與其它將軍互通消息。但是，在拜占庭將軍之間可能出現(xiàn)了叛徒(traitor)。這些叛徒將軍的目的是阻撓其他忠誠(chéng)的將軍(loyal generals)達(dá)成一致的作戰(zhàn)計(jì)劃。為了這一目的，他們可能做任何事，比如串通起來，故意傳出虛假消息，或者不傳出任何消息。

我們考慮4個(gè)將軍的情況，同時(shí)假設(shè)4個(gè)將軍中最多只有1個(gè)背叛者。當(dāng)4個(gè)將軍A、B、C、D把敵人包圍了之后，必須協(xié)商一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間去發(fā)起進(jìn)攻。這時(shí)，A將軍派出了3個(gè)傳令兵，分別告訴B、C、D將軍，下午1點(diǎn)準(zhǔn)時(shí)發(fā)起進(jìn)攻。到了下午1點(diǎn)，A、C、D三個(gè)將軍發(fā)起了進(jìn)攻，殲滅了敵人，同時(shí)他們?nèi)齻€(gè)發(fā)現(xiàn)B是背叛的。雖然B背叛了，但是對(duì)最終任務(wù)沒有影響。

但如果A是背叛的，會(huì)發(fā)生什么情況？A派出3個(gè)傳令兵，分別告訴B、C、D將軍在下午1點(diǎn)、2點(diǎn)、3點(diǎn)發(fā)起進(jìn)攻。于是，到了下午1點(diǎn)，B將軍去攻擊敵人，由于寡不敵眾，全軍覆沒；2點(diǎn)，C將軍全軍覆沒；3點(diǎn)，D將軍全軍覆沒。

因?yàn)閷?duì)于忠誠(chéng)的將軍來說，他不知道誰是背叛者，所以，他不能完全相信接收到的命令，他必須對(duì)命令做出判斷。在1999年，著名的PBFT算法出現(xiàn)了。這個(gè)算法說起來也不難理解，他的核心思想是：對(duì)于每一個(gè)收到命令的將軍，都要去詢問其他人，他們收到的命令是什么。

回到剛才的第二種情況（A是背叛者），A派出3個(gè)傳令兵，分別告訴B、C、D將軍在下午1點(diǎn)、2點(diǎn)、3點(diǎn)發(fā)起進(jìn)攻。B將軍派出傳令兵去告訴C和D兩位將軍，B收到的命令是下午1點(diǎn)進(jìn)攻。C也同樣派出了傳令兵分別告訴B和D兩位將軍，C收到的命令是下午2點(diǎn)進(jìn)攻。D也同樣告訴B和C兩位將軍，D收到的命令是下午3點(diǎn)進(jìn)攻。于是，B得到了3條指令：A命令B下午1點(diǎn)進(jìn)攻，A命令C下午2點(diǎn)進(jìn)攻，A命令D下午3點(diǎn)進(jìn)攻。B很容易判斷出來，A是背叛者（因?yàn)锽知道最多只有一個(gè)背叛者）。C和D也能做出同樣的判斷。因此這次進(jìn)攻時(shí)間的協(xié)商是無效的。

采用了這種辦法以后，另一種情況又會(huì)怎樣？當(dāng)B是背叛者，A將軍派出了3個(gè)傳令兵，分別告訴B、C、D將軍，下午1點(diǎn)準(zhǔn)時(shí)發(fā)起進(jìn)攻。B告訴C說B收到的命令是下午2點(diǎn)，B告訴D說收到的命令是下午2點(diǎn)，C和D分別告訴另外2個(gè)將軍，A告訴他們的命令是下午1點(diǎn)。

于是，C、D收到的消息都是兩個(gè)1點(diǎn)，一個(gè)2點(diǎn)。對(duì)于C、D而言，不需要判斷是A和B誰是背叛者——他們只需要執(zhí)行收到多的那個(gè)命令就可以了。

如果A是忠誠(chéng)的，那么B是背叛的，這種情況下對(duì)于A來說，他知道自己是忠誠(chéng)的，他發(fā)出的命令，至少有2個(gè)將軍會(huì)執(zhí)行，所以下午1點(diǎn)，A、C、D三個(gè)將軍一起去進(jìn)攻，有3個(gè)將軍一起發(fā)起攻擊，敵人被殲滅了。如果B是忠誠(chéng)的，那么B會(huì)收到兩個(gè)1點(diǎn)一個(gè)2點(diǎn)，B也會(huì)執(zhí)行收到多的命令，于是B、C、D三個(gè)將軍一起去進(jìn)攻，有3個(gè)將軍一起發(fā)起攻擊，敵人被殲滅了。不管怎樣，按照這種方式執(zhí)行，結(jié)果是沒問題的。

據(jù)區(qū)塊鏈安全社區(qū)WF曲速區(qū) 表示：由此，在一個(gè)分布式的系統(tǒng)中，盡管有壞人，壞人可以做任意事情（不受protocol限制），比如不響應(yīng)、發(fā)送錯(cuò)誤信息、對(duì)不同節(jié)點(diǎn)發(fā)送不同決定、不同錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)聯(lián)合起來干壞事等等。但是，只要大多數(shù)人是好人，就完全有可能去中心化地實(shí)現(xiàn)共識(shí)。

注： 本文內(nèi)容由區(qū)塊鏈安全公司W(wǎng)F曲速未來(WarpFuture.com)  編譯，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來自WF曲速區(qū)。WF是交易所與超級(jí)節(jié)點(diǎn)的安全技術(shù)提供商，為區(qū)塊鏈交易所提供媲美某貓雙十一級(jí)別的賬戶安全與交易安全對(duì)抗云引擎，現(xiàn)交易所每日安全攻防調(diào)用量達(dá)億級(jí)。