التسامح البيزنطي العملي

تعد نماذج الإجماع مكونًا أساسيًا لأنظمة blockchain الموزعة وهي بالتأكيد واحدة من أهم المكونات لوظائفها. إنها العمود الفقري للمستخدمين ليكونوا قادرين على التفاعل مع بعضهم البعض بطريقة غير موثوقة ، وقد أدى تنفيذها الصحيح في منصات العملات المشفرة إلى إنشاء مجموعة متنوعة جديدة من الشبكات ذات الإمكانات غير العادية.

في سياق الأنظمة الموزعة, التسامح البيزنطي مع الخطأ هي قدرة شبكة الكمبيوتر الموزعة على العمل بالشكل المطلوب والوصول بشكل صحيح إلى إجماع كاف على الرغم من فشل المكونات الخبيثة (العقد) للنظام أو نشر معلومات غير صحيحة إلى أقران آخرين.

الهدف هو الدفاع ضد فشل النظام الكارثي من خلال التخفيف من تأثير هذه العقد الخبيثة على الوظيفة الصحيحة للشبكة والإجماع الصحيح الذي يتم التوصل إليه من خلال العقد الصادقة في النظام.

المستمدة من مشكلة الجنرالات البيزنطيين, تم بحث هذه المعضلة على نطاق واسع وتحسينها من خلال مجموعة متنوعة من الحلول في الممارسة العملية والتي يجري تطويرها بنشاط.

مشكلة الجنرالات البيزنطيين

مشكلة الجنرالات البيزنطيين ، الصورة بواسطة ديبراج غوش

يعد التسامح البيزنطي العملي للخطأ (pBFT) أحد هذه التحسينات وقد تم تقديمه من قبل ميغيل كاسترو وباربرا ليسكوف في ورقة أكاديمية في عام 1999 بعنوان “التسامح البيزنطي العملي“.

يهدف إلى تحسين آليات إجماع BFT الأصلية وقد تم تنفيذه وتعزيزه في العديد من أنظمة الكمبيوتر الموزعة الحديثة ، بما في ذلك بعض منصات blockchain الشائعة.

نظرة عامة على التسامح البيزنطي العملي

يركز نموذج pBFT بشكل أساسي على توفير نسخ متماثل عملي لآلة الحالة البيزنطية التي تتسامح مع الأخطاء البيزنطية (العقد الخبيثة) من خلال افتراض وجود فشل عقدي مستقل ورسائل تم التلاعب بها يتم نشرها بواسطة عقد محددة ومستقلة.

تم تصميم الخوارزمية للعمل في أنظمة غير متزامنة وتم تحسينها لتكون عالية الأداء مع وقت تشغيل مثير للإعجاب وزيادة طفيفة في زمن الوصول.

  • بشكل أساسي ، يتم ترتيب جميع العقد في نموذج pBFT في تسلسل بحيث تكون إحدى العقدة هي العقدة الأساسية (الرائدة) ويشار إلى العقد الأخرى باسم العقد الاحتياطية.
  • تتواصل جميع العقد داخل النظام مع بعضها البعض والهدف هو أن تتوصل جميع العقد الصادقة إلى اتفاق على حالة النظام من خلال الأغلبية.
  • تتواصل العقد مع بعضها البعض بشكل كبير ، ولا يتعين عليها فقط إثبات أن الرسائل جاءت من عقدة نظير محددة ، بل تحتاج أيضًا إلى التحقق من عدم تعديل الرسالة أثناء الإرسال.

التسامح البيزنطي العملي

التسامح البيزنطي العملي للخطأ ، الصورة ألتوروس

لكي يعمل نموذج pBFT ، يُفترض أن كمية العقد الخبيثة في الشبكة لا يمكن أن تساوي أو تتجاوز في نفس الوقت ⅓ من العقد الإجمالية في النظام في نافذة معينة من نقاط الضعف.

كلما زاد عدد العقد في النظام ، كلما زادت احتمالية أن يكون الرقم الذي يقترب من من العقد الكلية ضارًا. توفر الخوارزمية بشكل فعال كلاً من الحيوية والأمان طالما (n-1) / ⅓) على الأكثر ، حيث تمثل n العقد الإجمالية ، تكون ضارة أو معيبة في نفس الوقت.

والنتيجة اللاحقة هي أنه في النهاية ، تكون الردود التي يتلقاها العملاء من طلباتهم صحيحة بسبب الخطية.

كل جولة من إجماع pBFT (تسمى الآراء) تنخفض إلى 4 مراحل. يتبع هذا النموذج تنسيق “قائد وملازم” أكثر من كونه مشكلة جنرالات بيزنطيين خالصة ، حيث يتساوى جميع الجنرالات بسبب وجود عقدة قائد. المراحل أدناه.

  1. يرسل العميل طلبًا إلى العقدة البادئة لاستدعاء عملية الخدمة.
  2. العقدة الرئيسية ترسل الطلب إلى العقد الاحتياطية.
  3. تقوم العقد بتنفيذ الطلب ثم إرسال الرد إلى العميل.
  4. ينتظر العميل f + 1 (يمثل f الحد الأقصى لعدد العقد التي قد تكون معيبة) الردود من عقد مختلفة بنفس النتيجة. هذه النتيجة هي نتيجة العملية.

متطلبات العقد هي أنها حتمية وتبدأ في نفس الحالة. والنتيجة النهائية هي أن جميع العقد الصادقة تتفق على ترتيب السجل وهم إما يقبلونه أو يرفضونه.

يتم تغيير العقدة البادئة بتنسيق نوع round robin أثناء كل عرض ويمكن حتى استبدالها ببروتوكول يسمى تغيير العرض إذا مرت فترة زمنية محددة بدون العقدة البادئة متعددة الإرسال للطلب.

يمكن لأغلبية ساحقة من العقد الصادقة أيضًا أن تقرر ما إذا كان القائد معيبًا وإزالتها مع القائد التالي في الطابور كبديل.

مزايا ومخاوف نموذج pBFT

تم تصميم نموذج إجماع pBFT للتطبيقات العملية وتم ذكر أوجه القصور الخاصة به في الورقة الأكاديمية الأصلية جنبًا إلى جنب مع بعض التحسينات الرئيسية لتنفيذ الخوارزمية في أنظمة العالم الحقيقي.

على العكس من ذلك ، يوفر نموذج pBFT بعض المزايا المهمة مقارنة بنماذج الإجماع الأخرى.

فوائد pBFT

فوائد pBFT ، الصورة بواسطة زليقة

تتمثل إحدى المزايا الأساسية لنموذج pBFT في قدرته على توفير المعاملات النهائية دون الحاجة إلى تأكيدات كما هو الحال في نماذج إثبات العمل مثل النموذج الذي تستخدمه Bitcoin.

إذا تم الاتفاق على الكتلة المقترحة من قبل العقد في نظام pBFT ، فإن هذه الكتلة تكون نهائية. يتم تمكين ذلك من خلال حقيقة أن جميع العقد الصادقة تتفق على حالة النظام في ذلك الوقت المحدد نتيجة لتواصلها مع بعضها البعض.

ميزة أخرى مهمة لنموذج pBFT مقارنة بأنظمة PoW هي انخفاضه الكبير في استخدام الطاقة.

في نموذج إثبات العمل كما هو الحال في Bitcoin ، يلزم وجود جولة إثبات العمل لكل كتلة. وقد أدى ذلك إلى الاستهلاك الكهربائي لشبكة البيتكوين من قبل عمال المناجم الذين ينافسون البلدان الصغيرة على أساس سنوي.

ما هي عملة البيتكوين؟ الدليل الكاملما هي عملة البيتكوين؟ الدليل النهائي للمبتدئين

نظرًا لأن pBFT لا يكون مكثفًا من الناحية الحسابية ، فإن الانخفاض الكبير في الطاقة الكهربائية أمر لا مفر منه لأن المعدنين لا يحلون خوارزمية تجزئة مكثفة حسابيًا لـ PoW لكل كتلة.

على الرغم من مزاياها الواضحة والواعدة ، إلا أن هناك بعض القيود الرئيسية على آلية إجماع pBFT. على وجه التحديد ، لا يعمل النموذج بشكل جيد إلا في شكله الكلاسيكي مع إجماع صغير لأحجام المجموعات نظرًا للكم الهائل من الاتصالات المطلوبة بين العقد.

تذكر الورقة استخدام التوقيعات الرقمية وأنظمة MAC (أكواد مصادقة الطريقة) كتنسيق لمصادقة الرسائل ، ومع ذلك فإن استخدام MACs غير فعال للغاية مع مقدار الاتصال المطلوب بين العقد في مجموعات الإجماع الكبيرة مثل شبكات العملات المشفرة ، ومع أجهزة MAC ، هناك عدم القدرة المتأصلة على إثبات صحة الرسائل لطرف ثالث.

على الرغم من أن التوقيعات الرقمية والأشكال المتعددة توفر تحسينًا كبيرًا على أجهزة MAC ، إلا أن التغلب على قيود الاتصال لنموذج pBFT مع الحفاظ على الأمن في نفس الوقت هو أهم تطوير مطلوب لأي نظام يتطلع إلى تنفيذه بكفاءة.

نموذج pBFT عرضة أيضًا لـ هجمات سيبيل حيث يمكن لطرف واحد إنشاء أو التعامل مع عدد كبير من الهويات (العقد في الشبكة) ، وبالتالي تعريض الشبكة للخطر.

يتم تخفيف ذلك مقابل أحجام أكبر للشبكات ، ولكن يتم تقليل قابلية التوسع والقدرة الإنتاجية العالية لنموذج pBFT بأحجام أكبر وبالتالي يلزم تحسينها أو استخدامها بالاقتران مع آلية إجماع أخرى.

الأنظمة الأساسية التي تطبق الإصدارات المحسنة من pBFT اليوم

اليوم ، هناك عدد قليل من منصات blockchain التي تستخدم إصدارات محسّنة أو مختلطة من خوارزمية pBFT كنموذج إجماعي أو على الأقل جزء منه ، إلى جانب آلية إجماع أخرى.

زليقة

تستخدم Zilliqa نسخة محسّنة للغاية من pBFT الكلاسيكي جنبًا إلى جنب مع إجماع PoW كل حوالي 100 كتلة. يستخدمون تواقيع متعددة لتقليل عبء الاتصال لـ pBFT الكلاسيكي وفي بيئات الاختبار الخاصة بهم ، فقد وصلوا إلى TPS لبضعة آلاف مع آمال في التوسع إلى المزيد من العقد مع إضافة المزيد من العقد.

هذا أيضًا نتيجة مباشرة لتنفيذهم لـ pBFT ضمن بنية التجزئة الخاصة بهم بحيث تظل مجموعات إجماع pBFT أصغر داخل أجزاء محددة ، وبالتالي الحفاظ على طبيعة الإنتاجية العالية للآلية مع الحد من حجم المجموعة المتفق عليه.

زليقة

هايبرليدجر

نسيج هايبرليدجر هي بيئة تعاونية مفتوحة المصدر لمشاريع وتقنيات blockchain تستضيفها مؤسسة Linux وتستخدم إصدارًا مصرحًا به من خوارزمية pBFT لمنصتها.

نظرًا لأن السلاسل المرخصة تستخدم مجموعات إجماع صغيرة ولا تحتاج إلى تحقيق لامركزية سلاسل الكتل المفتوحة والعامة مثل Ethereum ، فإن pBFT هو بروتوكول إجماع فعال لتوفير معاملات عالية الإنتاجية دون الحاجة إلى القلق بشأن تحسين النظام الأساسي لتوسيع نطاق مجموعات الإجماع الكبيرة.

نسيج هايبرليدجر

بالإضافة إلى ذلك ، فإن البلوكشين المرخصة هي خاصة ويتم دعوتها بهويات معروفة ، لذا فإن الثقة بين الأطراف موجودة بالفعل ، مما يخفف من الحاجة المتأصلة لبيئة غير موثوقة حيث يُفترض أن أقل من من الأطراف المعروفة قد تعرض النظام للخطر عن قصد.

خاتمة

التسامح البيزنطي للخطأ هو مفهوم مدروس جيدًا في الأنظمة الموزعة وتكامله من خلال خوارزمية تحمل الخطأ البيزنطي العملي في أنظمة ومنصات العالم الحقيقي ، سواء من خلال إصدار محسن أو نموذج هجين ، يظل مكونًا أساسيًا للبنية التحتية للعملات المشفرة اليوم.

مع استمرار تطوير المنصات والابتكار في مجال نماذج الإجماع لأنظمة blockchain العامة واسعة النطاق ، سيكون توفير آليات تحمل الأخطاء البيزنطية المتقدمة أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على تكامل الأنظمة المختلفة وطبيعتها غير الموثوقة.

Mike Owergreen Administrator
Sorry! The Author has not filled his profile.
follow me