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近日,中國科學(xué)院軟件研究所張振峰團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國新澤西理工學(xué)院唐強(qiáng)團(tuán)隊(duì),在區(qū)塊鏈核心技術(shù)的拜占庭容錯(cuò)(BFT)共識(shí)研究中取得重要突破,在國際上提出首個(gè)完全實(shí)用的異步共識(shí)算法“小飛象拜占庭容錯(cuò)(Dumbo BFT)算法”(簡稱“小飛象算法”)。
在以“去中心化”為主要特征的區(qū)塊鏈技術(shù)中,共識(shí)算法為什么重要?什么是“拜占庭容錯(cuò)共識(shí)算法”?“小飛象算法”又有哪些過人之處?
“去中心化”是區(qū)塊鏈的特征之一。在一個(gè)去中心化的系統(tǒng)里,沒有負(fù)責(zé)“拍板”的角色,這就好比一個(gè)臨時(shí)組成的旅游團(tuán),有人想往東,有人想往西。
再舉一個(gè)更加貼近生活的例子,在傳統(tǒng)的金融系統(tǒng)里,A向B轉(zhuǎn)賬了一筆錢,這個(gè)行為會(huì)被保存在銀行數(shù)據(jù)庫里,交易數(shù)據(jù)的真實(shí)性由銀行這樣的傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)保證,以他們的記錄為準(zhǔn)。
但是在比特幣這種“去中心化”的區(qū)塊鏈系統(tǒng)中,可能有的節(jié)點(diǎn)記錄了A向B轉(zhuǎn)賬的事情,有的節(jié)點(diǎn)沒有記錄,那到底有沒有轉(zhuǎn)賬這回事?以誰的記錄為準(zhǔn)?
很明顯,在上述兩種情況下,通過一個(gè)合適的共識(shí)機(jī)制,讓整個(gè)系統(tǒng)能做出統(tǒng)一的決定非常重要。
因此,在區(qū)塊鏈的世界里,不同的節(jié)點(diǎn)通過預(yù)設(shè)共識(shí)算法最終達(dá)到數(shù)據(jù)的一致性,這其實(shí)就是一種通用性規(guī)則,每個(gè)人只要按照這個(gè)規(guī)則參與運(yùn)行,結(jié)果即可得到其他人的認(rèn)可。
在實(shí)際運(yùn)行中,共識(shí)算法并非無懈可擊。來自各方的挑戰(zhàn)經(jīng)常會(huì)影響共識(shí)的達(dá)成,其中最大的挑戰(zhàn)還是源自“信任問題”。
1982年,圖靈獎(jiǎng)獲得者萊斯利·蘭伯特(Leslie Lamport)等在論文中提出了這樣一個(gè)可能令共識(shí)算法失靈的情況假設(shè),即“拜占庭將軍問題”。
由此可見,拜占庭容錯(cuò)(Byzantine Fault Tolerance, BFT)共識(shí)算法是由拜占庭將軍問題衍生出來的共識(shí)算法,其目的是要解決在非信任環(huán)境下,如何達(dá)成共識(shí)。
類似的故事在中國的歷史上更為普遍,例如戰(zhàn)國時(shí)期的“合縱連橫”:秦國的勢力不斷強(qiáng)大,成為其他六國的共同威脅,于是六國“合縱”,合力抵抗強(qiáng)秦。與此同時(shí),秦國也通過“連橫”分別與六國聯(lián)盟,目的是破壞六國間的“合縱”,以便孤立各國,各個(gè)擊破。
在上述背景下,無論秦國還是其他六國,均面臨所謂的“拜占庭將軍問題”——既要聯(lián)合作戰(zhàn),又要防范自己被滅。那時(shí)候的古人往往通過人質(zhì)或聯(lián)姻等手段建立信任,而在區(qū)塊鏈的語境中,類似的問題可以由“拜占庭容錯(cuò)共識(shí)算法”來解決。
因此,作為區(qū)塊鏈的關(guān)鍵核心技術(shù),“拜占庭容錯(cuò)共識(shí)算法”是確保區(qū)塊鏈安全可靠運(yùn)行、提升區(qū)塊鏈擴(kuò)展能力和運(yùn)行性能的核心算法,具有運(yùn)行性能高、資源消耗低、易于部署等特點(diǎn),得到工業(yè)界的青睞,廣泛應(yīng)用于中外區(qū)塊鏈系統(tǒng)中。
“小飛象算法”有何過人之處?
此次研究成果主要完成人張振峰研究員在接受采訪時(shí)表示,如何設(shè)計(jì)高效的異步“拜占庭容錯(cuò)共識(shí)算法”,這是密碼學(xué)和分布式計(jì)算領(lǐng)域的著名難題。自20世紀(jì)80年代起,包括多位圖靈獎(jiǎng)得主在內(nèi)的眾多國際著名學(xué)者先后對這一難題進(jìn)行探索,2016年提出的“蜜獾算法”(Honey Badger BFT)是第一個(gè)接近實(shí)用的異步共識(shí)算法,已被應(yīng)用于區(qū)塊鏈平臺(tái)。
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