Co mają wspólnego bizantyjscy generałowie oraz osiąganie konsensusu w blockchain? Znacznie więcej, niż można by przypuszczać.

Opis Problemu Bizantyjskich Generałów

Sieci blockchain skonstruowane są tak, by w większości być w jak największym stopniu zdecentralizowane. Za ich bezpieczeństwo oraz dodawanie kolejnych bloków odpowiadają walidatorzy, którzy w ramach danego algorytmu konsensusu wykonują swoje zadania, za co są oni nagradzani. 

Teoremat zakłada następujący scenariusz: kilka oddziałów armii dowodzonych przez bizantyjskich generałów obrało za cel atak na jedno wybrane miasto. Oddziały są rozproszone po polu bitwy. Każdy z generałów musi podjąć decyzję – atakować, czy wycofać swoje oddziały. Sama decyzja nie jest aż tak istotna, jak to, iż wszyscy dowodzący muszą ją podjąć jednomyślnie, aby postąpić w spójny dla całego wojska sposób. Decyzja musi być spójna, ostateczna i podjęta w sposób zsynchronizowany. Jedyną formą komunikacji pomiędzy nimi są gońcy, którzy przekazują wiadomości. One z kolei mogą być opóźnione w czasie lub utracone. Nie jest także wykluczone, iż niektórzy generałowie mogą z nieznanych powodów zdecydować się na nieuczciwe działanie, by sabotować zakładany plan w intencjonalny sposób. 

Rola walidatorów w blockchain

Bizantyjscy generałowie są odpowiednikiem walidatorów w kontekście blockchain. Aby sieć działała prawidłowo, potrzebna jest ich zgoda dotycząca jej stanu. Konsensus osiągany jest zazwyczaj jeśli ok. ⅔ węzłów działa prawidłowo i są ze sobą zgodne (sieci mają różne wymagania w tym temacie). To na ile sieć odporna jest na działanie nieuczciwych aktorów (np. węzłów, które chcą działać złośliwie) określane jest jako odporność na błędy bizantyjskie – (eng. Byzantine Fault Tolerance – BFT). 

Ciekawostka: atak 51% jest rodzajem zagrożenia polegającym na tym, iż górnik lub grupa górników uzyskują kontrolę nad ponad 50% mocy obliczeniowej sieci w przypadku Proof-of-Work lub ponad 50% tokenów w przypadku Proof-of-Stake. Pozwala to na manipulowanie blockchain poprzez podwójne wydatkowanie, cenzurowanie transakcji lub zatrzymanie wydobycia bloków. Atak zagraża integralności całej sieci. 

Rozwiązanie problemu – algorytmy konsensusu

W systemach rozproszonych algorytmy konsensusu mają za zadanie rozwiązywać problem bizantyjskich generałów. To od nich zależny jest poziom odporności na błędy bizantyjskie. Mechanizmy takie jak np. Proof-of-Work lub Proof-of-Stake zakładają zgodę odnośnie stanu sieci, pomimo tego, iż złośliwi aktorzy mogą wystąpić. Każdy mechanizm ma swoje unikalne cechy. Jest to nieodzowna część blockchain jako przestrzeni, w której nie ma centralnego podmiotu, który odpowiadałby za kontrolowanie sieci. W zależności od rodzaju algorytmu, różnią się one metodą samego osiągania konsensusu, jednakże sam cel pozostaje ten sam. 

Podsumowanie – trylemat blockchain a BFT

Jeśli nie miałeś do tej pory okazji zapoznać się z artykułem dotyczącym trylematu blockchain, możesz to zrobić tutaj. Bezpieczeństwo, decentralizacja i skalowalność są wynikiem działania systemu naczyń połączonych. Skoordynowana praca walidatorów, jej szybkość mierzona ilością transakcji na sekundę oraz poziom BFT potrzebnego do aktualizowania stanu sieci jest kluczowy, aby sieć działała w sposób optymalny. Można dopuścić stwierdzenie, iż największym wyzwaniem dla projektów jest utrzymanie jak najwyższego poziomu skalowalności. Algorytmy konsensusu przy wysokiej liczbie walidatorów dostarczają bardzo wysoki poziom bezpieczeństwa, jednak wyzwanie stanowi wyskalowanie sieci do poziomów, które pozwoliły, np. na globalne mikropłatności. Niemniej jednak technologia nieustannie się rozwija i jakże kilka lat dla blockchain to nowe rozdziały innowacyjnych rozwiązań, które wpływają na adopcję i wejście krypto pod strzechy.