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Tolleranza ai guasti bizantini (BFT)

1982-07-01
  • Leslie Lamport
  • Robert Shostak
  • Marshall Pease
Centro dati che illustra la tolleranza ai guasti bizantina nei sistemi informatici distribuiti.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

BFT (acronimo La tolleranza ai guasti bizantini (o tolleranza ai guasti bizantini) è una proprietà di un sistema che gli consente di continuare a funzionare correttamente e raggiungere il consenso anche se alcuni dei suoi componenti si guastano in modi arbitrari e imprevedibili, inclusi comportamenti dannosi (guasti bizantini). Questa è una garanzia molto più forte rispetto alla semplice tolleranza ai guasti di crash. Richiede un minimo di [latex]3f+1[/latex] componenti totali per tollerare [latex]f[/latex] componenti difettosi e dannosi.

La Tolleranza ai Guasti Bizantini (BFT) affronta il "Problema dei Generali Bizantini", un esperimento mentale in cui i generali leali di un esercito bizantino devono concordare un piano di battaglia comune comunicando attraverso messaggeri potenzialmente infidi. Alcuni generali potrebbero essere traditori e tentare attivamente di sabotare il piano inviando informazioni contraddittorie. Gli algoritmi BFT forniscono una soluzione a questo problema nel calcolo distribuito, garantendo che tutti i nodi non difettosi (leali) giungano alla stessa conclusione, nonostante la presenza di nodi difettosi (traditori) che possono mentire, colludere o comportarsi in modo arbitrario.

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.

I primi algoritmi BFT, come Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT), erano computazionalmente costosi e avevano un elevato overhead di comunicazione, limitandone la scalabilità. Tuttavia, la loro capacità di garantire sicurezza e vitalità in un ambiente avversario è stata rivoluzionaria. L'ascesa della tecnologia blockchain alla fine degli anni 2000 ha creato un nuovo e vasto campo di applicazione per BFT. I meccanismi di consenso in criptovalute come Bitcoin (che utilizzano la Proof-of-Work, una forma probabilistica di BFT) e i più recenti sistemi Proof-of-Stake (che spesso utilizzano protocolli BFT espliciti come Tendermint o HotStuff) si basano su questi principi per garantire l'integrità e l'immutabilità del registro distribuito, anche se una frazione significativa dei partecipanti alla rete è dannosa.

UNESCO Nomenclature: 1203
- Informatica

Tipo

Software/Algoritmo

Interruzione

Incrementale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Ricerca generale sul calcolo distribuito e sui problemi di consenso
  • Modelli di guasto fail-stop (che BFT estende)
  • Concetti di crittografia e firma digitale per l'autenticazione dei messaggi
  • Teoria delle reti e teoria dei grafi

Applicazioni

  • protocolli blockchain e criptovalute (ad esempio, consenso proof-of-stake)
  • database distribuiti
  • sistemi aerospaziali (ad esempio, sistemi di controllo di volo del Boeing 777)
  • infrastruttura di cloud computing
  • sistemi di rilevamento delle intrusioni

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Argomenti correlati: tolleranza ai guasti bizantini, BFT, consenso distribuito, problema dei generali bizantini, blockchain, Leslie Lamport, sistemi distribuiti, tolleranza ai guasti, attori malevoli, PBFT.

Contesto storico

Tolleranza ai guasti bizantini (BFT)

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

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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