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Tolleranza ai guasti bizantini (BFT)

1982-07-01
  • Leslie Lamport
  • Robert Shostak
  • Marshall Pease
Data center illustrating Byzantine Fault Tolerance in distributed computing systems.

(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.

L'articolo fondamentale del 1982 di Lamport, Shostak e Pease ha dimostrato che affinché un sistema tolleri i difetti bizantini [latex]f[/latex], devono esserci almeno [latex]3f+1[/latex] nodi totali (o generali).

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 fornire sicurezza e vivacità in un ambiente avversario era rivoluzionaria. L'ascesa di blockchain Alla fine degli anni 2000, la tecnologia ha creato un'enorme nuova area di applicazione per il BFT (Block File Test). I meccanismi di consenso nelle criptovalute come Bitcoin (che utilizza il Proof-of-Work, una forma probabilistica di BFT) e nei 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 parte significativa dei partecipanti alla rete è malintenzionata.

UNESCO Nomenclature: 1203
– Computer science

Tipo

Software/Algorithm

Interruzione

Incremental

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Ricerca generale sul calcolo distribuito e sui problemi di consenso
  • Modelli di guasto fail-stop (che BFT estende)
  • Crittografia e concetti di 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, Boeing 777) controllo di volo sistemi)
  • infrastruttura di cloud computing
  • sistemi di rilevamento delle intrusioni

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • energy-efficient BFT algorithms for mobile and IoT devices
  • protocolli BFT scalabili per blockchain pubbliche su larga scala
  • sistemi BFT asincroni che non si basano su ipotesi di temporizzazione
  • BFT per la protezione degli aggiornamenti del modello di apprendimento automatico federato
  • BFT assistito da hardware mediante ambienti di esecuzione attendibili (TEE)
  • BFT-based control systems for veicolo autonomo platoons
  • sistemi di identità decentralizzati protetti dal consenso BFT
  • BFT per la gestione delle reti di controllo delle infrastrutture critiche (ad esempio, energia elettrica, acqua)
  • sistemi BFT dinamici che possono aggiungere o rimuovere nodi senza fermarsi
  • algoritmi BFT resistenti ai quanti per le future minacce alla sicurezza
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
1980
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)

decimo anno anniversario

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