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ビザンチン耐障害性(BFT)

1982-07-01
  • Leslie Lamport
  • Robert Shostak
  • Marshall Pease
分散コンピューティングシステムにおけるビザンチン障害耐性を例示するデータセンター。

(画像はイメージです)

BFT (MoSCoW は、 of Byzantine Fault Tolerance) is a property of a system that allows it to continue operating correctly and reach consensus even if some of its components fail in arbitrary, unpredictable ways, including malicious behavior (Byzantine failures). This is a much stronger guarantee than tolerating simple crash failures. It requires a minimum of [latex]3f+1[/latex] total components to tolerate [latex]f[/latex] faulty, malicious components.

Byzantine Fault Tolerance addresses the “Byzantine Generals Problem,” a thought experiment where loyal generals of a Byzantine army must agree on a common battle plan while communicating through potentially treacherous messengers. Some generals may be traitors and actively try to foil the plan by sending conflicting information. BFT algorithms provide a solution to this problem in distributed computing, ensuring that all non-faulty (loyal) nodes reach the same conclusion, despite the presence of faulty (traitorous) nodes that can lie, collude, or behave arbitrarily.

1982年にLamport、Shostak、Peaseによって発表された画期的な論文では、システムがf個のビザンチン障害に耐えるためには、少なくとも3f+1個のノード(または将軍)が必要であることが証明されました。つまり、1人の悪意のある攻撃者に耐えるには、システム全体で少なくとも4つのノードが必要になります。BFTアルゴリズムの中核は、ノード間での複数回のメッセージパッシングです。各ラウンドで、ノードは現在の状態または提案された値と、他のノードから受信したメッセージを交換します。これにより、忠実なノードは情報を相互チェックして矛盾を特定し、最終的に多数派が合意した単一の正しい値に収束します。

初期のBFTアルゴリズム、例えばPractical Byzantine Fault Tolerance(PBFT)などは、計算コストが高く、通信オーバーヘッドも大きいため、スケーラビリティが制限されていました。しかし、攻撃的な環境下で安全性と活性を確保できるという点は画期的でした。2000年代後半のブロックチェーン技術の台頭により、BFTの新たな応用分野が大きく広がりました。ビットコイン(BFTの確率的形態であるプルーフ・オブ・ワークを使用)や、より新しいプルーフ・オブ・ステークシステム(TendermintやHotStuffなど、明示的なBFTプロトコルを使用することが多い)といった暗号通貨のコンセンサス機構は、ネットワーク参加者のかなりの割合が悪意のある者であっても、分散型台帳の完全性と不変性を確保するために、これらの原理に基づいています。

UNESCO Nomenclature: 1203
コンピュータサイエンス

タイプ

ソフトウェア/アルゴリズム

混乱

増分

使用法

広く普及している

前駆物質

  • General research on distributed computing and consensus problems
  • Fail-stop fault models (which BFT extends)
  • メッセージ認証のための暗号化とデジタル署名の概念
  • Network theory and graph theory

アプリケーション

  • blockchain and cryptocurrency protocols (e.g., proof-of-stake consensus)
  • distributed databases
  • 航空宇宙システム(例:ボーイング777の飛行制御システム)
  • cloud computing infrastructure
  • intrusion detection systems

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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Related to: byzantine fault tolerance, BFT, distributed consensus, byzantine generals problem, blockchain, Leslie Lamport, distributed systems, fault tolerance, malicious actors, PBFT.

歴史的背景

ビザンチン耐障害性(BFT)

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

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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