블록 체인은 비잔틴 장군의 문제를 어떻게 해결합니까?

분산 시스템에서 비잔틴 장군의 문제를 이해합니다

비잔틴 장군의 문제 는 컴퓨터 과학의 고전적인 사고 실험으로, 일부 구성 요소가 악의적으로 실패하거나 행동 할 수있는 분산 네트워크에서 합의를 달성하기가 어렵다는 것을 보여줍니다. 도시를 둘러싼 여러 장군이 군대의 일부를 지휘한다고 상상해보십시오. 그들은 총체적으로 공격 여부 또는 후퇴 여부를 결정해야합니다. 의사 소통은 메신저를 통해 이루어 지지만 일부 장군은 상충되는 메시지를 보내서 조정을 방해하는 반역자 일 수 있습니다. 이 과제는 충성도가 높은 장군이 신뢰할 수없는 배우의 존재에도 불구하고 동일한 결정에 도달하도록 보장하는 데 있습니다.

디지털 시스템의 맥락에서,이 문제는 분산 된 네트워크의 노드로 단일 버전의 진실 (트랜잭션의 유효성과 같은)에 동의 해야하는 반면 일부 노드는 결함이 있거나 손상 될 수 있습니다. 블록 체인이 안전하게 작동하려면 다른 사람들이 프로세스를 속이거나 방해하려고하더라도 정직한 참가자가 합의에 도달 할 수 있도록이 문제를 해결해야합니다.

블록 체인에서 합의 메커니즘의 역할

비잔틴 장군의 문제를 해결하기 위해 블록 체인은 분산 노드가 원장의 상태에 동의 할 수있는 합의 메커니즘을 구현합니다. 이러한 메커니즘은 특정 수의 결함 또는 악의적 인 노드를 견딜 수 있도록 설계되었습니다. 가장 두드러진 솔루션에는 작업 증명 (POW) 및 POS (Proof of Stake)가 포함되며, 둘 다 BFT (Byzantine Fault -Tolerance)를 가능하게합니다.

Bitcoin과 같은 작업 시스템에서 광부는 복잡한 암호화 퍼즐을 해결하기 위해 경쟁합니다. IT를 최초로 해결 한 것은 솔루션을 네트워크로 방송합니다. 다른 노드는 작업을 확인하고 유효한 경우 블록을 체인에 추가합니다. 퍼즐을 해결하려면 상당한 계산 노력이 필요하기 때문에 악의적 인 행위자가 네트워크 컴퓨팅 능력의 50% 이상을 제어하지 않는 한 블록 체인을 조작하는 것은 경제적으로 불가능 해집니다.

마찬가지로, 스테이크 증명은 담보로 '스테이크'암호 화폐의 양에 따라 유효성 검사기를 선택합니다. 유효성 검사기는 자신의 지분에 비례하여 영향력을 발휘하여 블록에 대한 제안 및 투표를 제안하고 투표합니다. 유효성 검사기가 속임수를 쓰려고 시도하면 슬래시라는 프로세스를 통해 스테이크 자금을 잃을 위험이 있습니다. 이 경제적 인 인센티브는 악의적 인 행동을 방해하고 정직한 노드들 사이의 합의를지지합니다.

불변성과 암호화 검증이 속임수를 방지하는 방법

블록 체인은 암호화 해싱 및 디지털 서명을 사용하여 데이터 무결성과 진정성을 보장합니다. 모든 블록에는 이전 블록의 해시가 포함되어있어 소급 적으로 변경하기가 매우 어려운 체인을 만듭니다. 이전 블록에서 데이터를 변경하려면 대형 네트워크에서 계산적으로 비현실적인 모든 후속 블록 해시를 다시 계산해야합니다.

각 트랜잭션은 발신자의 개인 키 와 함께 서명되므로 모든 노드는 해당 공개 키를 사용하여 그 진위를 확인할 수 있습니다. 이를 통해 사칭을 방해하고 합법적 인 행위자만이 거래를 시작할 수 있습니다. 노드가 새 블록을 받으면 독립적으로 IT 내의 모든 트랜잭션을 확인하고 디지털 서명, 사용 가능한 자금 및 프로토콜 규칙 준수를 확인합니다.

이 탈 중앙화 검증 프로세스는 단일 노드를 다른 노드를 신뢰할 필요가 없음을 의미합니다. 대신, 신뢰는 네트워크의 집단 검증에서 파생됩니다. 일부 노드가 잘못된 정보를 방송하더라도 정직한 노드의 대부분은 유효하지 않은 블록을 거부하여 원장의 무결성을 보존합니다.

비잔틴 환경의 네트워크 전파 및 최종

합의가 효과적이 되려면 정보가 네트워크를 통해 효율적으로 전파해야합니다. 블록 체인은 피어 투 피어 (P2P) 네트워킹 프로토콜 에 의존하여 블록과 트랜잭션을 유포합니다. 광부 또는 유효성 검사기가 새로운 블록을 생성하면 즉시 인접한 노드로 방송되어 다른 사람들에게 전달됩니다. 이 홍수 메커니즘은 빠른 분포를 보장합니다.

그러나 네트워크 대기 시간으로 인해 임시 의견 불일치가 발생할 수 있으며, 두 개의 유효한 블록이 동시에 생성되는 포크 로 이어집니다. POW 시스템에서 네트워크는 가장 긴 체인 규칙 에 따라이를 해결합니다. 노드는 가장 누적 된 작업을 유효한 작업으로 체인을 받아들입니다. 시간이 지남에 따라 한 가지가 길어지고 다른 지점은 버려집니다. 이 최종 수렴은 모든 정직한 노드가 단일 역사에 동의하도록합니다.

POS 시스템에서, 최종성은 종종 검사 점 또는 투표 라운드 와 같은 메커니즘을 통해 달성되며, 여기서 유효성 검사기의 초단성은 최종적으로 간주되기 전에 블록을 승인해야합니다. 이 프로토콜은 체인 개편의 위험을 줄이고 비잔틴 결함에 대한 저항을 향상시킵니다.

실용적인 비잔틴 결함 공차 및 현대 블록 체인 설계

일부 블록 체인은 POW보다 에너지 소비가 낮은 합의를 달성하기 위해 실제 비잔틴 결함 공차 (PBFT) 또는 그 변형을 구현합니다. PBFT는 노드가 알려져 있고 여러 라운드에서 통신 할 수있는 권한이 있거나 부분적으로 권한이있는 설정에서 작동합니다. 노드의 최소 3 분의 2가 정직한 한 합의를 보장합니다.

PBFT에서 리더 노드는 블록을 제안하고 다른 노드는 사전 준비 단계를 거치고 준비 하고 검증을 약속합니다 . 충분한 수의 노드가 커밋되면 블록이 마무리됩니다. 이 접근법은 즉각적인 최종성과 높은 처리량을 제공하지만 많은 수의 노드에서는 제대로 확장되지 않습니다.

위임 된 스테이크 증명 (DPO) 또는 Tendermint 와 같은 하이브리드 모델은 BFT 요소를 분산 거버넌스와 결합합니다. 이 시스템은 BFT 스타일의 합의를 실행하는 제한된 유효성 검사기 세트, 보안, 속도 및 탈 중앙화를 선출합니다. 이러한 설계는 블록 체인 기술이 어떻게 이론적 솔루션을 실제 제약 조건에 적응시키는지를 보여줍니다.

Bitcoin에서 비잔틴 결함 공차를 달성하는 단계별 프로세스

• 발신자의 개인 키로 거래가 시작되고 서명됩니다.
• 트랜잭션은 Bitcoin 네트워크로 방송되어 멤버로 수집됩니다.
• 광부는 거래를 선택하여 후보 블록에 묶습니다.
• 각 광부는 유효한 해시가 발견 될 때까지 블록 헤더를 반복적으로 해시하여 작업 증명을 수행합니다.
• 유효한 해시를 찾은 첫 번째 광부는 블록을 동료에게 방송합니다.
• 노드 수신 작업 증명을 확인하고 모든 트랜잭션을 확인한 후 블록의 해시를 확인합니다.
• 유효한 경우 노드는 블록 체인의 로컬 사본에 블록을 추가합니다.
• 네트워크는이 블록을 계속 구축하여 합의를 강화합니다

이 프로세스는 일부 광부가 유효하지 않은 블록을 제출하려고하더라도 대부분의 노드가 네트워크 전체에 걸쳐 계약을 유지하면서이를 거부 할 것입니다.

자주 묻는 질문

블록 체인이 견딜 수있는 최대 악성 노드 수는 얼마입니까? 비잔틴 결함 내성 합의 알고리즘을 사용하는 블록 체인은 일반적으로 노드의 최대 3 분의 1이 악의적 인 견딜 수 있습니다. 예를 들어, PBFT에서는 노드의 33% 미만이 결함이 있거나 적대적이면 시스템이 여전히 합의에 도달 할 수 있습니다.

블록 체인은 어떻게 단일 노드가 트랜잭션 기록에 대해 누워있는 것을 방해합니까? 원장을 제어하는 단일 노드가 없습니다. 모든 노드는 블록 체인의 전체 사본을 유지하고 각 블록을 독립적으로 검증합니다. 노드가 잘못된 버전을 제시하려고 시도하면 다른 노드는 해시 체인 의 불일치 또는 잘못된 디지털 서명을 감지하여 거부합니다.

작업 증명이 비잔틴 실패에 대해 효과적인 이유는 무엇입니까? 작업 증명은 실제 계산 비용에 대한 합의. 공격자는 컨센서스를 지속적으로 무시하기 위해 네트워크 해시 전력의 50% 이상을 제어해야합니다. 이는 엄청나게 비싸고 감지 가능합니다.

대부분의 노드가 오프라인 인 경우 블록 체인을 안전하게 유지할 수 있습니까? 예, 충분한 수의 정직한 노드가 블록을 검증하고 전파하기 위해 활성 상태로 유지되는 한. 네트워크는 동적 참여로 작동하도록 설계되었으며 나머지 노드가 프로토콜을 올바르게 따르면 합의를 계속 달성 할 수 있습니다.