ブロックチェーン システムにおけるビザンチン フォールト トレランスとは何ですか?

ブロックチェーンにおけるビザンチン フォールト トレランスを理解する

Byzantine Fault Tolerance (BFT) とは、一部のコンポーネントに障害が発生したり、悪意のある動作が発生したりした場合でも、システムが正しく動作し続ける能力を指します。ブロックチェーンの文脈では、これは、障害のあるノードや不正なノードが存在するにもかかわらず、分散型ネットワークが合意に達し、整合性を維持できることを意味します。この用語は、将軍が攻撃を調整しなければならないが、裏切り者の可能性があるためすべての使者を信頼できないという思考実験「ビザンチン将軍問題」に由来しています。

ブロックチェーン ネットワークは分散化されており、単一の機関がシステムを制御することはありません。この分散化により、セキュリティと回復力が向上しますが、すべての参加者が台帳の状態に同意することを保証する際に課題も生じます。 BFT プロトコルは、一定数の敵対的なアクターを許容しながら、ノードがトランザクションとブロックを検証できるようにすることで、この問題を解決するように設計されています。

分散型コンセンサスにとって BFT が重要な理由

1. 1. 一部のノードが誤った情報をブロードキャストしたり、予期せず障害が発生したりした場合でも、ネットワークの信頼性を確保します。
2. 2. 中央のバリデーターに依存せずにブロックチェーンが安全に機能できるようにし、中心的な分散化原則に沿っています。
3. 3. 正直なノード間で有効なトランザクション履歴のみが受け入れられることを保証することで、二重支払い攻撃を防ぎます。
4. 4. 従来の Proof-of-Work システムと比較して高速なファイナリティをサポートし、確認時間を大幅に短縮します。
5. 5. 許可されたネットワークと許可のないネットワークが同様に、実用的なビザンチン フォールト トレランス (PBFT) またはその派生などの効率的なコンセンサス メカニズムを実装できるようにします。

現在使用されているさまざまなタイプの BFT メカニズム

1. 1. PBFT (Practical Byzantine Fault Tolerance) は、最初の効率的なソリューションの 1 つで、初期の分散データベースで使用され、現在では Hyperledger Fabric などの一部のエンタープライズ ブロックチェーンに適応されています。
2. 2. Tendermint は、Proof-of-Stake と組み合わせた BFT コンセンサス アルゴリズムを実装し、Cosmos Hub などのチェーンを強化し、リアルタイムのファイナリティとエネルギー効率の高い検証を可能にします。
3. 3. Casper FFG (Friendly Finality Gadget) は、イーサリアムの Proof-of-Stake への移行のために開発され、BFT スタイルの投票を統合してブロックチェーン上のチェックポイントを確定します。
4. 4. HotStuff は、通信パターンを簡素化し、スケーラビリティを可能にすることで PBFT を改良し、Facebook の Diem (旧 Libra) およびその他の最新プロトコルの基礎を形成します。
5. 5. Neo のようなブロックチェーンで使用される委任ビザンチン フォールト トレランス (dBFT) により、トークン所有者はフォールト トレランスを維持しながらブロックを検証するデリゲートに投票できます。

BFT がネットワーク攻撃に対するセキュリティを強化する方法

1. 1. バリデーターが既知またはステーキングされていることを要求することで Sybil 攻撃に対抗し、攻撃者がネットワークに偽の ID を大量に送信する能力を制限します。
2. 2. ブロック受け入れに関する厳格なルールを適用し、一度に 1 つの正規チェーンのみが進行するようにすることで、フォーク関連の不整合を防ぎます。
3. 3. ノード侵害の影響を制限します。最大 3 分の 1 のノードが侵害された場合でも、ネットワークはほとんどの BFT モデルの下で安全に動作し続けます。
4. 4. 定期的なチェックポイントの終了とスラッシュ条件により、PoS ベースの BFT システムにおける長距離攻撃に対する脆弱性を軽減します。
5. 5. 暗号化による説明責任を提供し、不正行為を行ったバリデーターを特定して罰則を科すことができるため、悪意に対する抑止力が高まります。

よくある質問

BFT システムが許容できる障害のあるノードの最大数はどれくらいですか?一般的な BFT システムは、ノード全体の最大 3 分の 1 に障害または悪意があるノードを許容できます。たとえば、4 つのノードからなるネットワークでは、コンセンサスを達成するには少なくとも 3 つのノードが同意する必要があり、1 つのノードが失敗したり不正な動作をしたりする可能性があります。

BFT は Proof-of-Work コンセンサスとどう違うのですか? Proof-of-Work は計算パズルと確率論的な最終性に依存しており、時間をかけて複数回の確認を必要とします。 BFT は決定論的なファイナリティを迅速に達成し、十分な正直なノードがブロックを検証すると即座に合意します。

BFT はパブリックなパーミッションレス ブロックチェーンで使用できますか?はい、いくつかのパーミッションレス ブロックチェーンは BFT バリアントを使用しています。例としては、Tendermint を使用した Cosmos や Casper FFG を使用したイーサリアムが挙げられます。どちらも、バリデーターの選択にステーキング メカニズムを使用して、BFT 原則をオープン ネットワークに適応させています。

Byzantine Fault Tolerance は他のコンセンサス方式と比べてエネルギー効率が良いですか?はい、BFT ベースのシステムは一般に、集中的な計算を必要としないため、Proof-of-Work よりも消費エネルギーがはるかに少なくなります。代わりに、バリデータ間でのメッセージ パッシングとデジタル署名に依存しており、環境に優しいものとなっています。