Vertrouwen en veiligheid zijn van vitaal belang voor blockchain-technologie - en het consensusmechanisme van de Byzantijnse fouttolerantie (BFT) vormt de kern van de veiligheid van een blockchain.
BFT zorgt ervoor dat blockchains blijven werken, zelfs als sommige netwerkdeelnemers onbetrouwbaar of kwaadaardig zijn. Dus wat is BFT, hoe werkt het en waarom is het zo cruciaal voor blockchain-technologie?
Wat is Byzantijnse fouttolerantie?
Byzantijnse fouttolerantie verwijst naar het vermogen van een netwerk of systeem om te blijven functioneren, zelfs wanneer sommige componenten defect zijn of zijn uitgevallen.
Met een BFT-systeem blijven blockchain-netwerken functioneren of geplande acties uitvoeren zolang de meeste netwerkdeelnemers betrouwbaar en oprecht zijn. Dit betekent dat meer dan de helft of tweederde van de knooppunten op het blockchain-netwerk ermee moet instemmen om een transactie te valideren en aan het blok toe te voegen.
Om gecompromitteerde knooppunten boosaardigheid te laten veroorzaken op een Byzantijnse fouttolerante blockchain, moeten ze in de meerderheid zijn. Deze boosaardigheid kan de vorm hebben van dubbele uitgaven, a 51% aanval, A Sybil aanval, enzovoort.
Byzantijnse fouttolerantie in blockchain-technologie is afkomstig van het algemene Byzantijnse probleem, ontwikkeld door Leslie Lamport, Marshall Pease en Robert Shostak. Dit concept werd prominent toen ze een paper publiceerden, met een kopie gehost door Microsoft, genaamd 'The Byzantine Generals Problem (PDF)' in 1982.
Lamport, Pease en Shostak beschreven het geval van een groep generaals van het Byzantijnse leger die kampeerden buiten een vijandelijke stad. Elke generaal had zijn eigen leger en moest communiceren en een unanieme beslissing nemen over aanvallen of terugtrekken.
Het probleem was het uitvoeren van een gezamenlijke actie te midden van enkele gecompromitteerde generaals. Dit dilemma werd een Byzantijnse fout genoemd en wanneer een systeem dit probleem met succes aanpakt, wordt er gezegd dat het Byzantijnse fouttolerant is.
Het Byzantijnse fouttolerante concept werd vervolgens toegepast op het cryptocurrency blockchain-netwerk. In de crypto-ruimte zijn de generaals de knooppunten die cryptotransacties valideren.
Hoe werkt de Byzantijnse fouttolerantie?
Gedecentraliseerde netwerken implementeren Byzantijnse fouttolerantie via consensusregels of protocollen. Alle knooppunten in het netwerk moeten zich aan deze protocollen of algoritmen houden als ze willen deelnemen aan het valideren en verwerken van transacties.
Om een transactie te valideren, te verwerken en toe te voegen aan een groeiend blok, moeten de meeste knooppunten het erover eens zijn dat de transactie authentiek is via het consensusalgoritme van het netwerk. Bitcoin, Ethereum en andere proof of work (PoW) en proof of stake (PoS) blockchains maken gebruik van BFT-algoritmen.
In het PoW-consensusalgoritme lossen de mijnwerkers op het netwerk cryptografische puzzels op om transacties met blokregistratie te valideren en te produceren. De mijnwerker die als eerste de puzzels oplost, wint het recht om de transactie aan het groeiende blok toe te voegen en de blokbeloning te verdienen. Maar de mijnwerker moet het bewijs publiceren dat hij de puzzel heeft opgelost om het blok toe te voegen.
Het mijnbouwproces in PoW-blockchains vereist dure computers of mijnbouwinstallaties. Deze hoge kosten ontmoedigen miners om valse informatie te delen, omdat andere deelnemers deze zouden weigeren. Het verkleint ook de kans dat kwaadwillende actoren controle krijgen over de meeste knooppunten in het systeem.
Ondertussen moet u met het PoS-consensusmechanisme zet een bepaald aantal crypto-tokens in om het recht te verdienen om de transactie te valideren. Vervolgens, als het netwerkprotocol jou selecteert, kun je de transactie toevoegen aan het groeiende blok en de blokbeloning verdienen.
PoS-systemen lossen Byzantijnse fouten op met behulp van verschillende methoden. Ethereum gebruikt bijvoorbeeld het Casper-algoritme, waarvoor ten minste tweederde van de knooppunten nodig is om een consensus over blokken te bereiken. Uiteindelijk hebben PoS-systemen de meeste knooppunten nodig om het eens te worden over blokken voordat ze kunnen worden toegevoegd.
Deze blockchains gebruiken BFT-consensusalgoritmen om weerstand te bieden aan de knooppunten in de minderheid die het niet eens zijn met de consensus. Op deze manier kan het blockchain-netwerk doorgaan met zijn functie en foutieve of oneerlijke transacties afwijzen.
De rol van Byzantijnse fouttolerantie in Blockchain-technologie
Blockchain-technologie vertrouwt om de volgende redenen op Byzantijnse fouttolerantie:
- BFT houdt het blockchain-netwerk continu functioneel, zelfs met enkele onenigheid over nodes.
- Het houdt het netwerk veilig en voorkomt boosaardigheid die kan komen in de vorm van een 51%-aanval (of Sybil-aanvallen) of dubbele uitgaven.
Beperkingen van Byzantijnse fouttolerantie
Byzantijnse fouttolerantie heeft enorme voordelen opgeleverd voor de blockchain-industrie. Het systeem heeft echter nog steeds problemen, met name het praktische Byzantijnse fouttolerante consensusalgoritme (pBFT).
De praktische Byzantijnse fouttolerantie is een geoptimaliseerde vorm van de oorspronkelijke Byzantijnse fouttolerantie. pBFT werkt via een asynchroon systeem dat bestaat uit een primair leiderknooppunt en andere back-upknooppunten. In dit systeem kunnen de kwaadaardige knooppunten niet meer zijn dan de eerlijke knooppunten, meestal niet tot een derde. De knooppunten communiceren altijd met elkaar om ervoor te zorgen dat de meeste knooppunten (de eerlijke) het eens zijn over de status van het netwerk.
Enkele beperkingen van de pBFT zijn de volgende:
- Hoge communicatie: om functioneel te blijven, vereist het systeem een verhoogde communicatie tussen de knooppunten. Dit proces is tijdrovend en leidt tot schaalbaarheidsproblemen.
- Schaalbaarheidsproblemen: pBFT heeft problemen met schaalbaarheid, vooral met zeer uitgebreide netwerken.
- Lage beveiliging: pBFT is vatbaar voor Sybil-aanvallen, waarbij één knooppunt op het netwerk zich voordoet als 51% van de andere knooppunten om het netwerk te domineren en boosaardigheid te veroorzaken.
Zes populaire op BFT Blockchain gebaseerde platforms
Hier zijn enkele blockchains die de Byzantijnse fouttolerantiemechanismen integreren.
1. Bitcoin
Bitcoin neemt Byzantijnse fouttolerantie op in zijn netwerk via het proof of work-consensusprotocol. Het PoW-consensusalgoritme van de blockchain verplicht alle knooppunten op de blockchain om de gegevensstructuur, blokgrootte, bloktijdstempel, blokkop-hash en de eerste transactie op alle gegevens te controleren. Dit proces wordt data-hashing genoemd, gebruikt rekenkracht.
2. Ethereum
Voorheen PoW gebruikt, de Ethereum-blockchain is overgegaan naar een PoS-systeem dat zijn Byzantijnse problemen oplost. Netwerkvalidators zetten hun Ether-tokens in en het protocol selecteert eerlijke validators om transacties te verwerken, blokken te valideren en te stemmen op een hoofd van een keten. Het protocol dwingt stakers om eerlijk te zijn, waardoor aanvallen op het netwerk onbetaalbaar worden.
3. EOS
EOSIO blockchain bereikt een consensus via een asynchrone byzantijnse fouttolerante (aBFT) laag en een gedelegeerde proof of stake (DPoS) laag. De aBFT-laag bevestigt elk transactieblok totdat het het laatste onomkeerbare blok (LIB) is. De DPoS-laag bevestigt vervolgens de LIB als het laatste, onomkeerbare blok.
4. Rimpeling
Ripple maakt geen gebruik van de PoW- of PoS-consensusmechanismen. In plaats daarvan gebruikt het het XRP Ledger Consensus Protocol, een Byzantijns fouttolerant consensusmechanisme. De blockchain blijft normaal functioneren als de niet-vertrouwde validators minder dan 20% van het totale aantal validators zijn. Dit systeem voorkomt dubbele uitgaven en verbetert de integriteit van de blockchain.
5. Kadena
Kadena gebruikt een ScalableBFT-consensusmechanisme om blokkeringen te bevestigen. De blockchain combineert het PoW-systeem van Bitcoin met veranderende gedecentraliseerde meervoudige parallelle blockchain-consensus mechanismen die energiezuinig, schaalbaar en veilig zijn en een veel betere output bieden dan die van Bitcoin systeem. Deze opstelling, "Chainweb" genaamd, stelt Kadena in staat om tot 480.000 transacties per seconde (TPS) uit te voeren met 20 gelijktijdig lopende ketens.
6. Quorum
Het consensusmechanisme voor het Quorum-cryptosysteem is het Istanbul Byzantijnse fouttolerantie (IBFT) consensusmechanisme. QuorumChain delegeert de rechten om te stemmen aan een pool van knooppunten (validators); één knooppunt wordt de indiener gemaakt om de blokbevestiging te initiëren, terwijl de andere knooppunten het blok valideren. Als meer dan 1/3 van de knooppunten in de pool zich niet goed gedraagt, wordt het blok niet ingevoegd.
De toekomst van Byzantijnse fouttolerantie is rooskleurig
Zolang cryptocurrencies en blockchain-technologie blijven bestaan, zullen Byzantijnse fouttolerantie en andere consensusmechanismen dat ook blijven doen. Deze mechanismen zullen zich echter waarschijnlijk blijven ontwikkelen.
Aanvankelijk integreerde Ethereum BFT met behulp van PoW, maar Ethereum schakelde over van PoW naar PoS en werkte zijn BFT-algoritme bij. Evenzo zul je na verloop van tijd nieuwere en betere systemen blijven zien. Vergeet niet dat de crypto-ruimte voortdurend in ontwikkeling is.