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La fiducia e la sicurezza sono vitali per la tecnologia blockchain e il meccanismo di consenso della tolleranza ai guasti bizantini (BFT) è al centro della sicurezza di una blockchain.
BFT garantisce che le blockchain continuino a funzionare, anche se alcuni partecipanti alla rete sono inaffidabili o dannosi. Quindi cos'è BFT, come funziona e perché è così cruciale per la tecnologia blockchain?
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Cos'è la tolleranza ai guasti bizantina?
La tolleranza ai guasti bizantina si riferisce alla capacità di una rete o di un sistema di continuare a funzionare anche quando alcuni componenti sono difettosi o si sono guastati.
Con un sistema BFT, le reti blockchain continuano a funzionare o implementare azioni pianificate fintanto che la maggior parte dei partecipanti alla rete è affidabile e genuina. Ciò significa che oltre la metà o i due terzi dei nodi sulla rete blockchain devono accettare di convalidare una transazione e aggiungerla al blocco.
Affinché i nodi compromessi causino malizia su una blockchain tollerante ai guasti bizantina, devono essere la maggioranza. Questa malizia può essere sotto forma di doppia spesa, a Attacco al 51%. , UN Attacco della sibilla , e così via.
La tolleranza ai guasti bizantina nella tecnologia blockchain ha origine dal problema generale bizantino introdotto da Leslie Lamport, Marshall Pease e Robert Shostak. Questo concetto è diventato importante quando hanno pubblicato un documento, con una copia ospitato da Microsoft, chiamato 'The Byzantine Generals Problem (PDF) ' nel 1982.
Lamport, Pease e Shostak descrissero il caso di un gruppo di generali dell'esercito bizantino accampati fuori da una città nemica. Ogni generale aveva il proprio esercito e aveva bisogno di comunicare e prendere una decisione unanime se attaccare o ritirarsi.
Il problema era portare avanti un'azione comune tra alcuni generali compromessi. Questo dilemma è stato chiamato errore bizantino e quando un sistema affronta con successo questo problema, si dice che sia tollerante agli errori bizantini.
Il concetto di tolleranza ai guasti bizantino è stato quindi applicato alla rete blockchain di criptovaluta. Nello spazio crittografico, i generali sono i nodi che convalidano le transazioni crittografiche.
Come funziona la tolleranza ai guasti bizantina?
Le reti decentralizzate implementano la tolleranza ai guasti bizantina tramite regole o protocolli di consenso. Tutti i nodi della rete devono aderire a questi protocolli o algoritmi se vogliono partecipare alla convalida e all'elaborazione delle transazioni.
Affinché una transazione venga convalidata, elaborata e aggiunta a un blocco in crescita, la maggior parte dei nodi deve concordare che la transazione sia autentica attraverso l'algoritmo di consenso della rete. Bitcoin, Ethereum e altre blockchain proof of work (PoW) e proof of stake (PoS) utilizzano algoritmi BFT.
Nell'algoritmo di consenso PoW, i minatori sulla rete risolvono enigmi crittografici per convalidare e produrre blocchi che registrano transazioni. Il minatore che risolve per primo gli enigmi si aggiudica il diritto di aggiungere la transazione al blocco in crescita e guadagnare la ricompensa del blocco. Ma il minatore deve pubblicare la prova che ha risolto il puzzle per aggiungere il blocco.
Il processo di mining nelle blockchain PoW richiede costosi computer o mining rig. Questo costo elevato disincentiva i minatori dalla condivisione di informazioni false perché altri partecipanti le rifiuterebbero. Riduce anche la probabilità che attori malintenzionati ottengano il controllo della maggior parte dei nodi nel sistema.
Nel frattempo, con il meccanismo di consenso PoS, devi scommettere una certa quantità di token crittografici per guadagnare il diritto di convalidare la transazione. Quindi, se il protocollo di rete ti seleziona, puoi aggiungere la transazione al blocco in crescita e guadagnare la ricompensa del blocco.
I sistemi PoS risolvono i guasti bizantini utilizzando metodi diversi. Ad esempio, Ethereum utilizza l'algoritmo Casper, che richiede almeno due terzi dei nodi per raggiungere un consenso sui blocchi. In definitiva, i sistemi PoS richiedono che la maggior parte dei nodi concordi sui blocchi prima che possano essere aggiunti.
Queste blockchain utilizzano algoritmi di consenso BFT per resistere ai nodi della minoranza che non sono d'accordo con il consenso. In questo modo, la rete blockchain può procedere con la sua funzione, rifiutando transazioni errate o disoneste.
Il ruolo della tolleranza ai guasti bizantina nella tecnologia Blockchain
La tecnologia blockchain si basa sulla tolleranza ai guasti bizantina per questi motivi:
- BFT mantiene la rete blockchain continuamente funzionante, anche con alcuni nodi in disaccordo.
- Mantiene la rete sicura, prevenendo la malizia che può presentarsi sotto forma di un attacco del 51% (o attacchi Sybil) o di doppia spesa.
Limiti della tolleranza ai guasti bizantina
La tolleranza ai guasti bizantina ha portato enormi vantaggi all'industria blockchain. Tuttavia, il sistema presenta ancora problemi, in particolare il pratico algoritmo di consenso tollerante ai guasti bizantino (pBFT).
La pratica tolleranza ai guasti bizantina è una forma ottimizzata della tolleranza ai guasti bizantina originale. pBFT funziona attraverso un sistema asincrono costituito da un nodo leader primario e altri nodi di backup. In questo sistema, i nodi dannosi non possono essere più dei nodi onesti, di solito non fino a un terzo. I nodi comunicano sempre tra loro per garantire che la maggior parte dei nodi (quelli onesti) sia d'accordo sullo stato della rete.
Alcune limitazioni del pBFT includono quanto segue:
- Alta comunicazione: per rimanere funzionale, il sistema richiede una maggiore comunicazione tra i nodi. Questo processo richiede molto tempo e porta a problemi di scalabilità.
- Problemi di scalabilità: pBFT ha problemi di scalabilità, specialmente con reti molto estese.
- Bassa sicurezza: pBFT è incline agli attacchi Sybil, in cui un nodo della rete finge di essere il 51% degli altri nodi per dominare la rete e causare malizia.
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Ecco alcune blockchain che integrano i meccanismi di tolleranza ai guasti bizantini.
1.Bitcoin
Bitcoin incorpora la tolleranza ai guasti bizantina nella sua rete attraverso il protocollo di consenso della prova del lavoro. L'algoritmo di consenso PoW della blockchain impone a tutti i nodi sulla blockchain di controllare la struttura dei dati, la dimensione del blocco, il timestamp del blocco, l'hash dell'intestazione del blocco e la prima transazione su ogni dato. Questo processo, chiamato hashing dei dati , utilizza la potenza di calcolo.
2. Ethereum
Usando in precedenza PoW, la blockchain di Ethereum è passata a un sistema PoS che risolve i suoi problemi bizantini. I validatori di rete puntano i loro token Ether e il protocollo seleziona validatori onesti per elaborare transazioni, convalidare blocchi e votare per un capo di una catena. Il protocollo costringe gli staker a essere onesti, rendendo l'attacco alla rete proibitivo.
3. EOS
La blockchain EOSIO raggiunge un consenso tramite un livello asincrono bizantino di tolleranza ai guasti (aBFT) e un livello delegato di prova del palo (DPoS). Il livello aBFT conferma ogni blocco di transazioni fino a quando non è l'ultimo blocco irreversibile (LIB). Il livello DPoS conferma quindi il LIB come blocco finale irreversibile.
4. Ondulazione
Ripple non utilizza né i meccanismi di consenso PoW né PoS. Utilizza invece l'XRP Ledger Consensus Protocol, un meccanismo di consenso tollerante ai guasti bizantino. La blockchain continua a funzionare normalmente se i validatori non fidati sono meno del 20% del totale dei validatori. Questo sistema impedisce la doppia spesa e migliora l'integrità della blockchain.
5. Catena
Kadena utilizza un meccanismo di consenso ScalableBFT per confermare i blocchi. La blockchain combina il sistema PoW di Bitcoin con l'alterazione di più meccanismi di consenso blockchain paralleli decentralizzati che sono efficienti dal punto di vista energetico, scalabili e sicuri e forniscono un output molto migliore rispetto al sistema di Bitcoin. Questa configurazione, chiamata 'Chainweb', consente a Kadena di eseguire fino a 480.000 transazioni al secondo (TPS) con 20 catene in esecuzione contemporaneamente.
6. Quorum
Il meccanismo di consenso per il sistema crittografico Quorum è il meccanismo di consenso Istanbul Byzantine fault tolerance (IBFT). QuorumChain delega i diritti di voto a un pool di nodi (validatori); un nodo diventa il proponente per avviare la conferma del blocco mentre gli altri nodi convalidano il blocco. Se più di 1/3 dei nodi nel pool si comportano in modo errato, il blocco non verrà inserito.
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Il futuro della tolleranza ai guasti bizantina è brillante
Finché le criptovalute e la tecnologia blockchain continueranno ad esistere, anche la tolleranza ai guasti bizantina e altri meccanismi di consenso lo faranno. Tuttavia, questi meccanismi probabilmente continueranno ad evolversi.
Inizialmente, Ethereum ha integrato BFT utilizzando PoW, ma Ethereum è passato da PoW a PoS e ha aggiornato il suo algoritmo BFT. Allo stesso modo, continuerai a vedere sistemi nuovi e migliori con il tempo. Ricorda, lo spazio crittografico è in continua evoluzione.