실용적인 비잔틴 결함 공차 (PBFT) 란 무엇입니까?

비잔틴 장군 문제 이해

실용적인 비잔틴 결함 관용 (PBFT) 의 기초는 비잔틴 장군 문제를 해결하는 데 있습니다.이 문제는 여러 행위자가 신뢰할 수 없거나 악의적 인 참가자의 존재에도 불구하고 결정을 조정 해야하는 분산 컴퓨팅의 이론적 시나리오입니다. 이 은유에서, 몇몇 장군들은 도시를 둘러싸고 있으며 공격 여부 또는 퇴각 여부에 동의해야합니다. 의사 소통은 메신저를 통해 발생하지만 일부 장군은 잘못된 메시지를 보내는 반역자 일 수 있습니다. 도전은 일부 입력이 오도 된 경우에도 충성도가 높은 장군들 사이에서 합의를 달성하는 것입니다. 블록 체인 및 분산 시스템에서, 이는 일부 노드가 실패하거나 악의적으로 행동 할 수있을 때 네트워크 노드가 트랜잭션의 유효성에 동의하도록 해석됩니다. PBFT는 결함이있는 노드의 수가 총 3 분의 1을 초과하지 않는 한 시스템이 기능적이고 일관성을 유지함으로써이를 해결하도록 설계되었습니다.

PBFT가 합의를 달성하는 방법

PBFT는 네트워크가 알려진 복제본 세트 (시스템 상태의 사본을 유지하는 노드로 구성된다는 가정하에 작동합니다. 하나의 복제본은 1 차 (리더)로 지정되고 다른 복제는 백업 입니다. 컨센서스 프로세스는 클라이언트가 1 차 요청을 보낼 때 시작됩니다. 이 프로토콜은 계약을 보장하기 위해 여러 단계를 진행합니다.

• 1 차 방송은 클라이언트 요청 및 시퀀스 번호를 포함하여 모든 백업 복제품에 대한 사전 준비 메시지를 방송합니다.
• 각 백업 복제본은 메시지를 검증 할 때 다른 모든 복제본에 준비 메시지를 보내어 영수증과 일관성을 확인합니다.
• 복제본이 2F+1 일치하는 준비 메시지를 수집하면 (여기서 F 는 결함이있는 노드의 최대 수) 준비 상태로 들어갑니다.
• 그런 다음 각 복제본은 커밋 메시지를 보내 요청을 적용 할 준비가되어 있습니다.
• 복제본이 2F+1 유효한 커밋 메시지를 받으면 요청을 실행하고 클라이언트에게 회신을 보냅니다.

클라이언트는 F+1 동일한 응답을 기다리며 결과를 수락하여 일부 복제본이 결함이 있더라도 정확성을 보장합니다. 이 다중 상 통신은 모든 정직한 노드가 동일한 상태에 도달하여 결함 임계 값 아래에서 안전과 라이벌을 유지하도록 보장합니다.

PBFT의 주요 기능과 장점

PBFT의 가장 중요한 측면 중 하나는 결정 론적 결승 성 입니다. 거래는 최종적이며 최종적이며 작업 증명 시스템의 확률 적 최종성과 달리 복귀 할 수 없습니다. 이로 인해 PBFT는 즉각적인 일관성이 필요한 응용 프로그램에 적합합니다. 또 다른 장점은 권한이있는 환경에서 고성능 입니다. 노드의 수가 제한되고 알려지기 때문에 메시지 전파는 효율적이므로 에너지 집약적 합의 메커니즘에 비해 대기 시간이 낮고 처리량이 높을 수 있습니다 .

또한 PBFT는 비잔틴 결함을 견딜 수 있습니다 . 즉, 충돌하는 메시지뿐만 아니라 임의의 또는 악의적 인 메시지를 보내는 노드를 처리 할 수 있습니다. 이 탄력성은 적대적인 환경에서 중요합니다. 이 프로토콜은 또한 안전 (모든 올바른 노드가 동일한 요청 순서에 동의 함)을 보장하고 노드의 3 분의 1 이상이 결함이 없다면 (기본이 정직한 한 진행됩니다) 라이벌 (진보가 이루어집니다). 이러한 특성으로 인해 PBFT는 Hyperledger 직물과 같은 엔터프라이즈 블록 체인 플랫폼에 선호되는 선택입니다.

한계 및 확장 성 문제

강점에도 불구하고 PBFT는 특히 확장성에 주목할만한 한계에 직면 해 있습니다. 교환 된 메시지의 수는 복제본 수와 함께 차량으로 증가합니다. N 노드가있는 시스템의 경우 각 단계에는 O (n²) 메시지 복잡성이 필요하며 네트워크가 확장됨에 따라 비현실적입니다. 이로 인해 PBFT는 일반적으로 100 세 미만의 노드가 적은 수의 노드가 적은 네트워크로 제한됩니다.

또 다른 과제는 정적 멤버십 가정 입니다. PBFT는 고정 된 알려진 복제품 세트를 가정합니다. 노드의 동적 추가 또는 제거에는 기본적으로 지원되지 않는 복잡한 재구성 프로토콜이 필요합니다. 또한 중앙 집중식 1 차 에 대한 의존은 잠재적 인 병목 현상과 단일 고장 지점을 도입합니다. 기본이 악의적으로 동작하거나 실패하면 시스템은 새로운 리더를 선출하기 위해 보기 변경 프로토콜을 시작합니다. 이는 느리고 자원 집약적 일 수 있습니다.

보안은 또한 3f+1 노드 시스템에 F 결함 노드가 존재한다는 가정 에 달려 있습니다. 이 임계 값을 초과하면 전체 시스템의 무결성이 손상됩니다. 따라서, PBFT는 노드 아이덴티티가 검증되고 제어되는 권한 블록 체인 에 가장 적합합니다.

실제 시스템에서 PBFT 구현

개인 블록 체인 네트워크와 같은 실제 환경에 PBFT를 배포하려면 몇 가지 구성 단계가 필요합니다. 먼저 참여 노드 세트를 정의하고 고유 식별자를 지정하십시오. 각 노드는 PBFT Consensus 모듈을 실행하고 상태 기계 복제본을 유지해야합니다.

• Hyperledger Fabric 또는 Apache Bft-Smart와 같은 호환 프레임 워크를 설치하십시오.
• 공유 구성 파일에서 노드 주소 및 공개 키를 구성하십시오.
• 하나의 노드를 초기 기본 으로 지정합니다. 다른 사람들은 백업 역할을합니다.
• 요청 처리의 배치 크기와 시간 초과 값을 설정하십시오.
• 로깅 및 모니터링을 활성화하여 사전 준비, 준비 및 커밋을 추적합니다.
• 요청을 제출하고 F+1 응답을 수집하는 클라이언트 인터페이스를 구현하십시오.

모든 노드가 동기화되어 있는지 확인하고 암호화 서명을 사용하여 메시지를 인증하십시오. 뷰 변경 사항을 정기적으로 모니터링하고 상태 전환이 복제본에서 일관성이 있는지 확인하십시오. 네트워크 안정성과 낮은 대기 시간은 성능을 유지하는 데 중요합니다.

자주 묻는 질문

PBFT가 작동하는 데 필요한 최소 노드 수는 얼마입니까? PBFT는 하나의 결함이있는 노드를 견딜 수 있도록 최소 4 개의 노드가 필요합니다. 이것은 공식 3F+1에서 파생되며 여기서 F = 1입니다. 3 개의 노드를 사용하면 단일 실패가 3 분의 1 임계 값을 초과하여 합의가 불가능할 수 있습니다.

PBFT는 악성 기본 노드를 어떻게 처리합니까? 기본이 일관되지 않은 사전 준비 메시지를 보내거나 작동하지 않으면 백업 노드는 불일치를 감지합니다. 시간 초과 후, 그들은 보기 변경을 시작하여 새로운 기본으로 전환하기 위해 메시지를 방송합니다. 2F+1 노드가 변경에 동의하면 다음 노드가 새로운 기본이됩니다.

PBFT가 공개 블록 체인에서 사용할 수 있습니까? PBFT는 일반적으로 높은 메시지 오버 헤드와 알려진 인증 된 노드에 대한 요구 사항으로 인해 공개 블록 체인에 적합하지 않습니다 . 수천 명의 참가자가있는 공개 네트워크는 확장 성 및 대기 시간 문제로 어려움을 겪을 것입니다. 주로 허가 또는 컨소시엄 블록 체인 에 사용됩니다.

노드의 3 분의 1 이상에 결함이 있으면 어떻게됩니까? 결함이있는 노드 수가 3F+1 시스템에서 F를 초과하면 컨센서스를 더 이상 보장 할 수 없습니다 . 이 시스템은 진행 상황을 중단하거나 (무시하고) 일관되지 않은 상태 (안전성 위반)에 도달하여 잠재적 포크 또는 데이터 손상으로 이어질 수 있습니다.