什么是拜占庭容错 (BFT)？为什么它是共识的基础？

了解区块链中的拜占庭容错

1. 拜占庭容错（BFT）是指即使某些组件发生故障或恶意行为，系统也能正确运行并达成共识的能力。在区块链的背景下，节点必须就账本的状态达成一致，尽管存在潜在的对抗行为。在无法假设参与者之间存在信任的去中心化环境中，这种弹性至关重要。

2. 该术语起源于“拜占庭将军问题”，这是一个思想实验，城市周围的将军必须协调攻击，但面临叛徒发送相互矛盾的信息的风险。将其转化为分布式系统，BFT 确保即使某些节点广播虚假信息，诚实的节点仍然可以达成一致。

3. 为了使区块链网络保持安全和功能，它必须容忍多达三分之一的节点受到损害。这个阈值源自数学证明，只要超过三分之二的节点是诚实的，仍然可以可靠地达成共识。

4. 基于 BFT 的共识机制在许可区块链和某些高性能公链中尤其重要。与工作量证明系统相比，它们提供更快的最终确定性，因为它们不依赖概率确认，而是使用确定性算法来完成交易。

5. 实用拜占庭容错（PBFT）等实现影响了现代共识设计。这些协议涉及多轮消息传递（预准备、准备和提交），以确保所有诚实节点在更新其状态之前就事务的顺序和有效性达成一致。

BFT 在确保去中心化信任中的作用

1. 在传统金融系统中，中央机构验证交易并维护记录。区块链通过在多个节点之间分发验证来消除这种需求。然而，这种转变带来了挑战：如果没有中央监督者，参与者如何相互信任？ BFT 通过启用去信任协议来提供答案。

2.即使未知行为者试图通过错误信息或破坏来破坏共识，BFT 也能让网络安全运行。此功能是维护数据完整性和防止数字货币系统中的双重支出攻击的基础。

3. 如果没有 BFT，单个恶意节点可能会停止进度或欺骗其他节点接受无效区块。通过设计能够承受此类干扰的协议，开发人员可以创建强大的生态系统，能够在不利条件下维持持续运行。

4. 现在许多第一层区块链都采用了 BFT 的变体，以增强可扩展性和安全性。例如，Tendermint 使用受 BFT 启发的引擎与权益证明相结合，以实现即时交易最终确定，同时抵制审查和串通企图。

5. BFT 结果的可预测性也支持执行必须具有确定性的智能合约平台。如果不同的节点由于错误的逻辑或操作而得出不同的结果，整个应用程序生态系统就会变得不可靠。 BFT 通过执行严格的协议规则来降低这种风险。

BFT 对网络性能和安全的影响

1. BFT 共识模型的主要优势之一是达成最终结果的低延迟。与需要随着时间的推移进行多次确认的工作量证明链不同，基于 BFT 的系统通常会在从验证者那里收集到足够的选票后在几秒钟内最终确定区块。

2.能源效率是另一个好处，因为 BFT 不需要计算密集型挖矿操作。相反，共识是通过加密签名和消息验证产生的，从而显着降低了环境影响和节点运营商的运营成本。

p>3。然而，由于通信开销的二次方增长，BFT 系统在超过数百个节点时通常很难扩展。每个节点必须在共识轮次期间与每个其他节点交换消息，这可能会导致带宽紧张并随着网络扩展而延迟处理。

4. 为了解决可扩展性限制，HotStuff 等较新的协议引入了基于领导者的流水线，以降低复杂性并提高吞吐量。这些创新保留了 BFT 保证，同时使架构更适合大规模部署。

5. 存在安全权衡，特别是在验证器选择方面。开放参与增加了权力下放，但可能使网络遭受女巫攻击。因此，大多数 BFT 实现依赖于已知身份或质押机制来限制谁可以参与共识。

常见问题解答

BFT 与其他共识机制有何区别？ BFT 专门解决了在可能发送矛盾信息的恶意行为者存在的情况下达成协议的挑战。其他机制（例如工作量证明）主要侧重于防止垃圾邮件并通过计算工作确保公平性，而无需明确处理协调欺骗。

BFT 可以用于完全公有链吗？是的，尽管有修改。由于身份和扩展问题，Pure BFT 在开放会员方面遇到了困难。将 BFT 与权益证明或信誉系统相结合的混合方法可以实现公众参与，同时保持针对恶意节点的容错能力。

BFT如何处理网络分区？在分区期间，BFT 系统可能会停止而不是分叉，从而优先考虑一致性而不是可用性。如果分裂的任何一方都无法收集足够的诚实节点来形成绝对多数，则在恢复连接之前不会提交新的区块，从而防止历史分歧。