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Tolérance aux pannes byzantines (BFT)

1982-07-01
  • Leslie Lamport
  • Robert Shostak
  • Marshall Pease
Centre de données illustrant la tolérance aux pannes byzantines dans les systèmes informatiques distribués.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

BFT (acronyme La tolérance aux pannes byzantines est une propriété d'un système qui lui permet de continuer à fonctionner correctement et d'atteindre un consensus même si certains de ses composants tombent en panne de manière arbitraire et imprévisible, y compris en cas de comportement malveillant (pannes byzantines). Cette garantie est bien plus forte que la simple tolérance aux pannes dues à un plantage. Elle requiert un minimum de 3f+1 composants pour tolérer f composants défectueux ou malveillants.

La tolérance aux pannes byzantines (BFT) résout le « problème des généraux byzantins », une expérience de pensée où des généraux loyaux d'une armée byzantine doivent s'accorder sur un plan de bataille commun tout en communiquant par l'intermédiaire de messagers potentiellement traîtres. Certains généraux peuvent être des traîtres et tenter activement de faire échouer le plan en envoyant des informations contradictoires. Les algorithmes BFT apportent une solution à ce problème en calcul distribué, garantissant que tous les nœuds non défaillants (loyaux) parviennent à la même conclusion, malgré la présence de nœuds défaillants (traîtres) susceptibles de mentir, de comploter ou d'agir de manière arbitraire.

The seminal 1982 paper by Lamport, Shostak, and Pease proved that for a system to tolerate [latex]f[/latex] Byzantine faults, there must be at least [latex]3f+1[/latex] total nodes (or generals). This means that to tolerate one malicious actor, a system needs at least four nodes in total. The core of BFT algorithms involves multiple rounds of message passing among the nodes. In each round, nodes exchange their current state or proposed value, along with the messages they have received from other nodes. This allows loyal nodes to cross-check information and identify inconsistencies, eventually converging on a single, correct value that is agreed upon by the majority.

Les premiers algorithmes de tolérance aux pannes byzantines (BFT), comme la PBFT (Practical Byzantine Fault Tolerance), étaient gourmands en ressources de calcul et en communication, ce qui limitait leur évolutivité. Cependant, leur capacité à garantir la sécurité et la disponibilité du système dans un environnement hostile était révolutionnaire. L'essor de la technologie blockchain à la fin des années 2000 a ouvert un vaste champ d'application pour la BFT. Les mécanismes de consensus des cryptomonnaies comme Bitcoin (utilisant la preuve de travail, une forme probabiliste de BFT) et les systèmes de preuve d'enjeu plus récents (utilisant souvent des protocoles BFT explicites comme Tendermint ou HotStuff) s'appuient sur ces principes pour assurer l'intégrité et l'immuabilité du registre distribué, même si une part importante des participants au réseau sont malveillants.

UNESCO Nomenclature: 1203
- Informatique

Taper

Logiciel/Algorithme

Perturbation

Incrémentale

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Recherche générale sur le calcul distribué et les problèmes de consensus
  • Modèles de défaillance à arrêt complet (que BFT étend)
  • Concepts de cryptographie et de signature numérique pour l'authentification des messages
  • théorie des réseaux et théorie des graphes

Applications

  • protocoles blockchain et cryptomonnaie (par exemple, consensus de preuve d'enjeu)
  • bases de données distribuées
  • systèmes aérospatiaux (par exemple, les systèmes de commandes de vol du Boeing 777)
  • infrastructure de cloud computing
  • systèmes de détection d'intrusion

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

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Lié à : tolérance aux pannes byzantines, BFT, consensus distribué, problème des généraux byzantins, blockchain, Leslie Lamport, systèmes distribués, tolérance aux pannes, acteurs malveillants, PBFT.

Contexte historique

Tolérance aux pannes byzantines (BFT)

1980
1980
1980
1982-07-01
1988-06-01
1990
1993
1975-06-01
1980
1980
1980
1986-01-01
1990
1990
1993

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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