掘金圈 房产生态 怎样解读区块链技术?《小飞象算法》有什么过人之处?

怎样解读区块链技术?《小飞象算法》有什么过人之处?

怎样解读区块链技术?《小飞象算法》有什么过人之处?

最近,中国科学院软件研究所张振峰团队与美国新泽西理工学院唐强团队合作,在拜占庭容错(BFT)区块链核心技术共识研究方面取得重大突破,在国际上首次提出了完全实用的异步共识算法“拜占庭容错(Dumbo BFT)算法”(简称“小飞象算法”)。

共识算法在以“去中心化”为主的区块链技术中为何重要?拜占庭的共识容错算法是什么?《小飞象算法》又有什么不对劲的地方?

为什么共识算法很重要?

非中心化是区块链的一大特点。而在非中心化系统中,没有负责“拍板”的角色,这就像是一个临时的旅游团,有人想往东,也有人想往西。

集权主义与非集权主义

另外,在传统金融系统中, A将一笔资金转移给 B,这一行为将保存在银行的数据库中,交易数据的真实性将得到银行等传统机构的保证,以其记录为准。

但在比特币这种“去中心化”的区块链系统中,可能有些节点记录了 A到 B的转账,而有些节点没有记录,那么到底到底有没有转账呢?根据谁的记录来决定?

显然,在以上两种情况下,通过适当的协商一致机制,使整个系统能够作出统一的决定是非常重要的。
所以在区块链世界中,不同节点通过事先设定的共识算法,最终实现数据的一致性,这实际上是一条通用规则,每个节点只要按照此规则进行操作,结果就可以被他人接受。

《拜占庭容错共识算法》和拜占庭有什么关系?

协商一致算法在实际运行中并非无懈可击。双方所面临的挑战往往会影响共识的达成,而最大的挑战还是源于“信任问题”。

一九八二年,图灵奖得主莱斯利·兰伯特(Leslie Lamport)等人在其论文中提出了一个可能导致共识算法失效的假设,即“拜占庭将军问题”。

拜占庭将军的问题是什么?

由此可以得出结论,拜占庭容错(Byzantine Fault Tolerance, BFT)共识算法是源于拜占庭将军问题的一种共识算法,旨在解决在不信任环境中如何达成共识的问题。

中国历史上也有过类似的故事,如战国时的“合纵”:秦国势力日益强大,成为其他六国共同的威胁,于是六国“合纵”,联合抵抗强秦。同时,秦国也通过“连横”的方式分别与六国结盟,目的在于破坏六国之间的“合纵”,使之相互孤立,互相攻击。

鉴于此,无论是秦国还是六国,都面临着所谓的“拜占庭将军问题”,即既要联合作战,又要防患于未然。这一时期的古人通常通过人质或联姻等方式来建立信任,而在区块链的背景下,类似的问题也可以通过拜占庭的共识算法来解决。

拜占庭共识容错算法作为区块链的关键核心技术,是保证区块链安全可靠运行、提高区块链扩展性和运行性能的核心算法,具有高运动性、低资源消耗、易部署等特点,在国内外的区块链系统中得到了广泛应用,受到业界的青睐。

《小飞象算法》有什么过人之处?

该研究成果的主要完成人张振峰在一次采访中说,如何设计高效的异步“拜占庭容错共识算法”,是密码学和分布式计算领域的一大难题。自从上世纪80年代以来,包括多位图灵奖得主在内的众多国际知名学者相继探讨了这一难题,在2016年首次提出了“蜜獾算法”(Honey Badger BFT),它是第一个在区块链平台上接近实用的异步共识算法。

张振峰指出,为设计完全实用的异步共识算法,中科院软件所于2015年进行了“小飞象算法”的研究,对“蜜獾算法”进行了独到的分析,揭示出其性能受限的根本原因是随机化的子模块调用导致运行时间的增加,提出了全新的可证明可靠的广播原语,通过密码“证明”保证了交易广播的正确完成,并给出了基于门限数字签名技术的高效构造方法,通过创新的多值拜占庭共识应用,将交易共识转化为“证明”共识,使“小飞象算法”在容忍1/3恶意节点的同时,克服了异步共识算法性能方面的挑战。

当前,在全球四大洲100个共识节点的测试网络中,“小飞象算法”的确认延迟时间为24秒,比“蜜獾算法”的1/20短,交易吞吐量接近18000笔,比“蜜獾算法”的9倍还多。

张振峰还表示,完成“小飞象算法”的创新突破,不仅解决了异步共识算法设计的理论难题,而且在性能上大大提高,完全超越了目前业界所采用的“蜜獾算法”,成为国际上第一个完全实用的异步共识算法。该研究成果,将为中国区块链基础设施建设提供强大的安全性、高性能和可扩展性,以及新一代的核心技术。

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作者: summer

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