Praktische Byzantine-Fehlertoleranz (pBFT) in Krypto

Definition

Stellen Sie sich eine Gruppe von Freunden vor, die sich entscheiden wollen, wo sie zu Abend essen gehen sollen. Jeder stimmt ab, aber einige Freunde sind unzuverlässig, vielleicht ändern sie ihre Meinung oder versuchen sogar, die Entscheidung zu sabotieren. Praktische Byzantine-Fehlertoleranz (pBFT) ist ein System, das es einer Gruppe von Computern (Knoten) ermöglicht, sich auf eine Entscheidung zu einigen, selbst wenn einige dieser Computer unzuverlässig sind oder aktiv versuchen, die anderen in die Irre zu führen. Es ist eine Möglichkeit, sicherzustellen, dass eine Blockchain, die eine gemeinsame Aufzeichnung von Transaktionen ist, konsistent und zuverlässig bleibt, selbst wenn einige der Computer, die sie ausführen, nicht vertrauenswürdig sind.

Key Takeaway

pBFT ist ein Konsensalgorithmus, der es Blockchain-Netzwerken ermöglicht, eine Einigung über die Gültigkeit und Reihenfolge von Transaktionen zu erzielen, selbst wenn ein Teil der Knoten böswillig oder fehlerhaft ist, wodurch Konsistenz und Sicherheit gewährleistet werden.

Mechanik

Der Kern von pBFT liegt in seiner Fähigkeit, das sogenannte Byzantine-Generals-Problem zu bewältigen. Dies ist ein klassisches Problem der Informatik, das beschreibt, wie eine Gruppe von Generälen einen Angriff auf eine Stadt koordinieren muss. Einige Generäle könnten Verräter sein, die versuchen, den Angriff zu untergraben. pBFT bietet eine Lösung.

Hier ist, wie pBFT funktioniert, typischerweise in drei Phasen:

Anfrage: Ein Client (z. B. ein Benutzer, der eine Transaktion einreicht) sendet eine Anfrage an einen primären Knoten (den Leiter oder View-Leiter). Dieser Knoten ist für die Koordinierung des Prozesses verantwortlich.
Vorbereitung: Der primäre Knoten nimmt die Anfrage des Clients entgegen und sendet sie zusammen mit einer Sequenznummer und einem Digest (einer eindeutigen Kennung) der Anfrage an alle anderen Knoten.
Vorbereiten: Jeder sekundäre Knoten empfängt die Vorbereitungsnachricht und überprüft ihre Gültigkeit. Wenn sie gültig ist, sendet der Knoten eine Vorbereitungsnachricht an alle anderen Knoten. Diese Nachricht bestätigt die Gültigkeit der Anfrage.
Commit: Sobald ein Knoten Vorbereitungsnachrichten von einer Mehrheit der Knoten (mehr als zwei Drittel der Gesamtzahl der Knoten) erhalten hat, sendet er eine Commit-Nachricht. Diese Nachricht signalisiert, dass die Transaktion als gültig angesehen wird und in die Blockchain aufgenommen werden soll.
- View-Änderungen: Wenn der primäre Knoten ausfällt oder böswillig wird, wird ein View-Änderungsprotokoll ausgelöst. Ein neuer primärer Knoten wird gewählt, und der Prozess beginnt von vorne. Dies gewährleistet einen kontinuierlichen Betrieb.

Die entscheidende Voraussetzung für das korrekte Funktionieren von pBFT ist, dass die Anzahl der ehrlichen Knoten größer als 2/3 der Gesamtzahl der Knoten (2f + 1) sein muss, wobei 'f' die maximale Anzahl fehlerhafter Knoten ist.

Trading-Relevanz

Der Einfluss von pBFT auf den Handel ist indirekt, aber erheblich. Blockchains, die pBFT oder seine Varianten verwenden, bieten oft nahezu sofortige Finalität. Das bedeutet, dass es, sobald eine Transaktion auf der Blockchain bestätigt wurde, äußerst unwahrscheinlich ist, dass sie rückgängig gemacht wird. Dies ist ein entscheidender Faktor für Anwendungen, bei denen Geschwindigkeit und Sicherheit von größter Bedeutung sind, wie z. B.:

Dezentrale Finanzen (DeFi): DeFi-Protokolle können pBFT-basierte Chains für schnelles und sicheres Trading, Verleihen und Ausleihen verwenden. Dies reduziert das Abwicklungsrisiko und verbessert die Benutzererfahrung.
On-Chain-Trading: Hochfrequentes Trading und andere komplexe Handelsstrategien können von der Geschwindigkeit und Finalität von pBFT-basierten Chains profitieren. Aufträge können schnell und zuverlässig ausgeführt werden.
Unternehmensanwendungen: Unternehmensketten, die pBFT verwenden, können kritische Geschäftstransaktionen mit Vertrauen abwickeln, da sie wissen, dass die Daten geschützt und konsistent sind.

Das Finalitätsmerkmal kann den Preis beeinflussen, indem es das Vertrauen der Investoren und Händler erhöht, was zu einer größeren Akzeptanz und einem robusteren Ökosystem führt. Je schneller und zuverlässiger die Transaktionen sind, desto attraktiver ist die Blockchain für verschiedene Anwendungen, einschließlich des Tradings.

Risiken

Obwohl pBFT robust ist, hat es Einschränkungen und Risiken:

Skalierbarkeit: pBFT kann weniger skalierbar sein als andere Konsensmechanismen wie Proof-of-Work (PoW) oder Proof-of-Stake (PoS), insbesondere wenn die Anzahl der Knoten zunimmt. Der Kommunikationsaufwand kann zu einem Engpass werden.
Zentralisierung: Um die Leistung aufrechtzuerhalten, beinhalten pBFT-Systeme oft eine kleinere, stärker kontrollierte Gruppe von Validierern. Dies kann zu einem gewissen Grad an Zentralisierung führen, was ein Kompromiss gegenüber der Dezentralisierung ist.
Komplexität: Die korrekte Implementierung von pBFT ist komplex. Fehler in der Implementierung können Schwachstellen erzeugen, die böswillige Akteure ausnutzen können.
Knotenanforderungen: Der Betrieb eines pBFT-Knotens erfordert möglicherweise mehr Ressourcen als der Betrieb eines Knotens auf einer PoW- oder PoS-Chain, was möglicherweise die Eintrittsbarriere erhöht.

Geschichte/Beispiele

pBFT, das in den späten 1990er Jahren von Barbara Liskov und Miguel Castro entwickelt wurde, war ein bedeutender Fortschritt in verteilten Systemen. Seine praktische Anwendung in der Blockchain-Technologie kam später. Hier sind einige Beispiele:

Hyperledger Fabric: Dies ist eine genehmigte Blockchain-Plattform, die eine Variante von pBFT namens Practical Crash Fault Tolerance (pCFT) für ihren Konsensmechanismus verwendet. Sie wird häufig in Unternehmensanwendungen eingesetzt, bei denen kontrollierter Zugriff und schnelle Transaktionsgeschwindigkeiten wichtig sind.
Tendermint: Tendermint ist eine BFT-Konsens-Engine, die von der Cosmos-Blockchain verwendet wird. Sie bietet sofortige Finalität und ist für ihren hohen Durchsatz bekannt. Cosmos ermöglicht die Erstellung unabhängiger Blockchains, die miteinander kommunizieren können.
Andere Unternehmens-Blockchains: Verschiedene private und Konsortiums-Blockchains verwenden pBFT oder seine Derivate und konzentrieren sich dabei auf hohe Transaktionsgeschwindigkeiten und eine starke Konsistenz innerhalb einer kontrollierten Umgebung.

Obwohl pBFT nicht so weit verbreitet in öffentlichen, erlaubnisfreien Blockchains wie Bitcoin oder Ethereum (die PoW bzw. PoS verwenden) verwendet wird, hat es sich in bestimmten Kontexten als wertvoll erwiesen, in denen Geschwindigkeit, Finalität und starke Konsistenz von entscheidender Bedeutung sind. Es stellt einen bedeutenden Schritt in der Entwicklung der Blockchain-Technologie dar und gewährleistet zuverlässige und sichere Transaktionen in einer verteilten Umgebung.