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Byzantinische Fehlertoleranz (BFT)

1982-07-01
  • Leslie Lamport
  • Robert Shostak
  • Marshall Pease
Rechenzentrum zur Veranschaulichung der byzantinischen Fehlertoleranz in verteilten Computersystemen.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

BFT (Akronym Byzantinische Fehlertoleranz ist eine Eigenschaft eines Systems, die es ihm ermöglicht, weiterhin korrekt zu funktionieren und einen Konsens zu erzielen, selbst wenn einige seiner Komponenten auf beliebige und unvorhersehbare Weise ausfallen, einschließlich böswilligen Verhaltens (byzantinische Ausfälle). Dies ist eine wesentlich stärkere Garantie als die Tolerierung einfacher Systemabstürze. Sie erfordert mindestens 3f+1 Komponenten, um f fehlerhafte, böswillige Komponenten zu tolerieren.

Byzantinische Fehlertoleranz (BFT) befasst sich mit dem „Problem der byzantinischen Generäle“, einem Gedankenexperiment, in dem loyale Generäle einer byzantinischen Armee sich auf einen gemeinsamen Schlachtplan einigen müssen, während sie über potenziell verräterische Boten kommunizieren. Einige Generäle könnten Verräter sein und aktiv versuchen, den Plan durch widersprüchliche Informationen zu sabotieren. BFT-Algorithmen bieten eine Lösung für dieses Problem im verteilten Rechnen und gewährleisten, dass alle fehlerfreien (loyalen) Knoten trotz der Anwesenheit fehlerhafter (verräterischer) Knoten, die lügen, sich absprechen oder willkürlich handeln können, zum selben Ergebnis gelangen.

Die bahnbrechende Arbeit von Lamport, Shostak und Pease aus dem Jahr 1982 bewies, dass es mindestens [latex]3f[/latex] Gesamtknoten (oder Generäle) geben muss, damit ein System [latex]f[/latex] byzantinische Fehler tolerieren kann.

Frühe BFT-Algorithmen wie Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) waren rechenintensiv und verursachten einen hohen Kommunikationsaufwand, was ihre Skalierbarkeit einschränkte. Ihre Fähigkeit, Sicherheit und Lebendigkeit in einer feindlichen Umgebung zu gewährleisten, war jedoch revolutionär. Der Aufstieg von Blockchain Die Technologie der späten 2000er Jahre schuf ein riesiges neues Anwendungsgebiet für BFT. Konsensmechanismen in Kryptowährungen wie Bitcoin (unter Verwendung von Proof-of-Work, einer probabilistischen Form von BFT) und neueren Proof-of-Stake-Systemen (die oft explizite BFT-Protokolle wie Tendermint oder HotStuff verwenden) basieren auf diesen Prinzipien, um die Integrität und Unveränderlichkeit des verteilten Ledgers zu gewährleisten, selbst wenn ein erheblicher Teil der Netzwerkteilnehmer böswillig ist.

UNESCO Nomenclature: 1203
- Computerwissenschaften

Typ

Software/Algorithmus

Störung

Inkremental

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • General research on distributed computing and consensus problems
  • Fail-stop fault models (which BFT extends)
  • Kryptographie und digitale Signaturkonzepte zur Nachrichtenauthentifizierung
  • Network theory and graph theory

Anwendungen

  • blockchain and cryptocurrency protocols (e.g., proof-of-stake consensus)
  • distributed databases
  • Luft- und Raumfahrtsysteme (z. B. Boeing 777) Flugsteuerung Systeme)
  • cloud computing infrastructure
  • intrusion detection systems

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

  • energy-efficient BFT algorithms for mobile and IoT Geräte
  • scalable BFT protocols for large-scale public blockchains
  • asynchronous BFT systems that do not rely on timing assumptions
  • BFT for securing federated machine learning model updates
  • hardware-assisted BFT using trusted execution environments (TEEs)
  • BFT-based control systems for autonomes Fahrzeug platoons
  • decentralized identity systems secured by BFT consensus
  • BFT for managing critical infrastructure control grids (e.g., power, water)
  • dynamic BFT systems that can add or remove nodes without halting
  • quantum-resistant BFT algorithms for future security threats
Verwandt mit: byzantinischer Fehlertoleranz, BFT, verteilter Konsens, Problem der byzantinischen Generäle, Blockchain, Leslie Lamport, verteilte Systeme, Fehlertoleranz, böswillige Akteure, PBFT.

Historischer Kontext

Byzantinische Fehlertoleranz (BFT)

1980
1980
1980
1982-07-01
1988-06-01
1990
1993
1980
1980
1980
1980
1986-01-01
1990
1990
1993

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

10. Jahr Jubiläum

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