區塊鏈技術與拜占庭將軍的故事

喜歡了解區塊鏈的幣友可能會經常見到拜占庭將軍這個詞，這個詞大多出現在演算法共識所涉及的問題環節中。今天我們用簡短的故事，給大家說說拜占庭將軍具體含義以及它和區塊鏈的關係。拜占庭將軍是圖靈獎得主Leslie Lamport在1982年提出的一個關於計算機容錯方面的假想問題：

中世紀的拜占庭帝國擁有巨大的財富，拜占庭周圍有十個鄰邦。但拜占庭高牆聳立，固若金湯，沒有一個單獨的鄰邦能夠成功入侵。任何單個鄰邦入侵都會失敗。十個鄰邦中，需有一半以上也就是6個國家同時進攻，才有可能攻破拜占庭。

然而，如果其中的一個或者幾個鄰邦本身答應好一起進攻，但實際過程出現背叛，那麼入侵者可能都會被殲滅。於是每一方都小心行事，不敢輕易相信鄰國。這就是拜占庭將軍問題的雛形。

解決這個問題時，會受到下面幾個限制：

1）這10個鄰邦將軍不能聚到一起開會商量。

2）這10個鄰邦將軍中可能有叛徒，叛徒會違反承諾或者擅自變更作戰計劃。

國家之間可以通過信使來協商是否進攻和進攻時間。信使傳遞的核心信息為：「我是X國將軍，我提議x月x日xx時一起進攻拜占庭，是否同意？」這一機制又會引發四個問題：

3）信使可能會把信息弄丟、或者被殺害；

4）信息可能會被截獲；

5）無法確認消息的發出者真的是該國將軍；

6）叛變的將軍可能會向另外9個將軍發布9個不一樣的消息；

7）10個將軍對進攻時間的商議過程可能會浪費很多天時間。

由於以上7個問題的存在，將軍們想要就進攻拜占庭的計劃達成一致，看起來像是個不可能完成的任務。拜占庭將軍問題是網路世界的模型化。比如在比特幣的世界裡，你可以把每個比特幣交易賬號看成一個將軍，這些賬號分布在世界各地，不能聚在一起、可能會有惡意賬號；而賬號之間的溝通也可能由於機器壞了、網斷了、黑客攻擊等受到破壞，並且賬號之間關於支付與否、支付數額是多少的討論也會浪費很多時間。

比特幣通過創造了區塊鏈技術完美的解決了這一問題。它是怎樣解決的呢？最核心的是引入了礦工制度。礦工相當於拜占庭將軍問題里的信使，區別是在拜占庭每個將軍都能派出信使，這使得信使數量過多、且質量不可控。而比特幣中，礦工數量很多，但是能夠記賬（相當於傳遞消息）的礦工只有一個，這一個礦工是通過算力競賽選出來的。在競賽中勝出的礦工才有權記錄交易信息（處理區塊），並把這條信息蓋上時間戳、將其與之前形成的交易信息放到一起（形成區塊鏈），然後告知所有的比特幣節點。而因為所有的節點都收到了這條交易信息，如果某個「叛徒」節點想謊稱「自己並沒有收到一筆錢」或者「自己向xx打的錢數額更多"等，其他節點就很容易被識破他的謊言。至於如何確定信息的發布者真的是它說宣稱的那樣，比特幣引入了公鑰制度。發布者可以用自己的公鑰給信息加密，就相當於給信息加入了數字簽名。由於公鑰是公開的，所有人都用公鑰驗證發布者是誰。交易的接收方收到信息後，用自己的私鑰即可解密。礦工制度加上公鑰加密，使得原本不可信的網路變得可信，因此，任何人都可以在這個可信的網路中，在某些事情上達成一致。因此區塊鏈技術完美地解決了拜占庭將軍問題。

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