Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT)

تحمل خطای بیزانسی عملی (Practical Byzantine Fault Tolerance - PBFT)

تحمل خطای بیزانسی عملی (PBFT) یک الگوریتم اجماع است که برای دستیابی به توافق در یک سیستم توزیع‌شده در حضور گره‌های دارای نقص (Faulty Nodes) طراحی شده است. این نقص‌ها می‌توانند شامل رفتارهای مخرب، خطاها یا حتی حملات سایبری باشند. PBFT به ویژه در سیستم‌هایی که نیاز به قابلیت اطمینان و امنیت بالا دارند، مانند بلاکچینها و سیستم‌های توزیع‌شده‌ی حیاتی، کاربرد دارد.

مسئله‌ی تحمل خطای بیزانسی

مفهوم "تحمل خطای بیزانسی" به یک مشکل در سیستم‌های توزیع‌شده اشاره دارد که در آن برخی از گره‌ها ممکن است اطلاعات نادرست یا متناقض به دیگر گره‌ها ارسال کنند. این وضعیت، که به نام "مشکل ژنرال‌های بیزانسی" (Byzantine Generals Problem) نیز شناخته می‌شود، می‌تواند مانع از دستیابی به توافق در بین گره‌ها شود. تصور کنید چندین ژنرال در حال برنامه‌ریزی برای حمله به یک شهر هستند. برخی از ژنرال‌ها ممکن است خائن باشند و سعی کنند با ارسال پیام‌های نادرست، باعث شکست حمله شوند. هدف، دستیابی به توافق بین ژنرال‌های وفادار در مورد زمان و نحوه حمله است، حتی با وجود وجود ژنرال‌های خائن.

اجماع در سیستم‌های توزیع‌شده به معنای توافق همه گره‌های صحیح بر روی یک مقدار واحد است. در محیط‌های بیزانسی، دستیابی به اجماع بسیار دشوار است، زیرا گره‌های مخرب می‌توانند به طور فعال سعی کنند مانع از آن شوند.

معرفی PBFT

PBFT یک الگوریتم اجماع است که برای حل مشکل تحمل خطای بیزانسی طراحی شده است. این الگوریتم تضمین می‌کند که سیستم می‌تواند حتی در صورت وجود گره‌های مخرب، به درستی کار کند. PBFT با استفاده از یک رویکرد مبتنی بر پیام و یک گره‌ی اصلی (Primary Node) و چندین گره‌ی پشتیبان (Backup Nodes) کار می‌کند.

PBFT فرض می‌کند که حداکثر f گره از کل n گره می‌توانند مخرب باشند، و n > 3f است. این بدان معناست که برای رسیدن به تحمل خطا، تعداد گره‌های صحیح باید بیشتر از سه برابر تعداد گره‌های مخرب باشد.

مراحل اصلی PBFT

الگوریتم PBFT از سه مرحله اصلی تشکیل شده است:

1. **درخواست (Request):** یک کلاینت یک درخواست را به گره‌ی اصلی ارسال می‌کند. این درخواست می‌تواند شامل هر نوع عملیاتی باشد که سیستم باید انجام دهد، مانند انتقال ارز در ارزهای رمزنگاری‌شده یا به‌روزرسانی یک پایگاه داده توزیع‌شده. 2. **پیش‌نویس (Pre-prepare):** گره‌ی اصلی درخواست را دریافت کرده و یک پیام پیش‌نویس (Pre-prepare Message) ایجاد می‌کند. این پیام شامل اطلاعاتی مانند شماره‌ی ترتیبی درخواست، امضای گره‌ی اصلی و هَش (Hash) درخواست است. گره‌ی اصلی سپس این پیام را به تمام گره‌های پشتیبان ارسال می‌کند. 3. **آماده‌سازی (Prepare):** هر گره‌ی پشتیبان پس از دریافت پیام پیش‌نویس، صحت آن را بررسی می‌کند. اگر پیام معتبر باشد، گره‌ی پشتیبان یک پیام آماده‌سازی (Prepare Message) ایجاد می‌کند و آن را به تمام گره‌های دیگر، از جمله گره‌ی اصلی، ارسال می‌کند. 4. **تعهد (Commit):** هر گره پس از دریافت 2f پیام آماده‌سازی معتبر از گره‌های دیگر، یک پیام تعهد (Commit Message) ایجاد می‌کند و آن را به تمام گره‌های دیگر ارسال می‌کند. 5. **پاسخ (Reply):** پس از دریافت 2f+1 پیام تعهد معتبر، گره‌ی اصلی درخواست را اجرا می‌کند و یک پاسخ (Reply Message) به کلاینت ارسال می‌کند. کلاینت، پس از دریافت پاسخ از گره‌ی اصلی، می‌داند که درخواست او با موفقیت انجام شده است.

نقش گره‌ی اصلی و گره‌های پشتیبان

• **گره‌ی اصلی (Primary Node):** گره‌ی اصلی مسئول دریافت درخواست‌ها از کلاینت‌ها، ایجاد پیام‌های پیش‌نویس و ارسال آن‌ها به گره‌های پشتیبان است. همچنین، گره‌ی اصلی مسئول اجرای درخواست‌ها پس از دریافت پیام‌های تعهد کافی است.
• **گره‌های پشتیبان (Backup Nodes):** گره‌های پشتیبان مسئول بررسی صحت پیام‌های پیش‌نویس، ارسال پیام‌های آماده‌سازی و تعهد، و اجرای درخواست‌ها در صورت دریافت پیام‌های تعهد کافی هستند.

تغییر گره‌ی اصلی

برای جلوگیری از اینکه یک گره‌ی اصلی مخرب باعث اختلال در سیستم شود، PBFT از یک مکانیزم تغییر گره‌ی اصلی (View Change) استفاده می‌کند. اگر گره‌ی اصلی برای مدت زمان طولانی پاسخ ندهد یا اگر گره‌های پشتیبان به عدم صحت رفتار گره‌ی اصلی مشکوک شوند، یک گره‌ی پشتیبان می‌تواند یک درخواست تغییر دید (View Change Request) را آغاز کند. در این صورت، یک گره‌ی پشتیبان جدید به عنوان گره‌ی اصلی انتخاب می‌شود و فرآیند اجماع از سر گرفته می‌شود.

مزایا و معایب PBFT

• • مزایا:**

• **تحمل خطای قوی:** PBFT می‌تواند در برابر گره‌های مخرب مقاومت کند و از صحت و امنیت سیستم اطمینان حاصل کند.
• **اجماع سریع:** PBFT می‌تواند به سرعت به اجماع برسد، به خصوص در مقایسه با الگوریتم‌های اجماع مبتنی بر بلاکچین مانند اثبات کار (Proof of Work) یا اثبات سهام (Proof of Stake).
• **پایین بودن تأخیر:** PBFT تأخیر پایینی دارد، که آن را برای کاربردهایی که نیاز به پاسخ‌های سریع دارند، مناسب می‌کند.

• • معایب:**

• **مقیاس‌پذیری محدود:** PBFT به دلیل نیاز به ارتباط بین تمام گره‌ها، مقیاس‌پذیری محدودی دارد. با افزایش تعداد گره‌ها، سربار ارتباطی به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.
• **نیاز به اعتماد اولیه:** PBFT نیاز به اعتماد اولیه به گره‌های اصلی و پشتیبان دارد. اگر گره‌های اولیه مخرب باشند، ممکن است سیستم به خطر بیفتد.
• **پیچیدگی:** پیاده‌سازی PBFT پیچیده است و نیاز به دانش تخصصی در زمینه سیستم‌های توزیع‌شده دارد.

کاربردهای PBFT

PBFT در طیف گسترده‌ای از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرد، از جمله:

• **بلاکچین‌های خصوصی و سازمانی:** PBFT برای ایجاد بلاکچین‌های خصوصی و سازمانی که نیاز به امنیت و قابلیت اطمینان بالا دارند، استفاده می‌شود.
• **سیستم‌های توزیع‌شده‌ی حیاتی:** PBFT در سیستم‌های توزیع‌شده‌ی حیاتی مانند سیستم‌های کنترل ترافیک هوایی و سیستم‌های مالی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• **خدمات ابری:** PBFT برای ایجاد خدمات ابری قابل اعتماد و ایمن استفاده می‌شود.
• **سیستم‌های مدیریت زنجیره تأمین:** PBFT برای ردیابی و مدیریت کالاها در زنجیره تأمین استفاده می‌شود.

مقایسه با الگوریتم‌های اجماع دیگر

| الگوریتم | تحمل خطای بیزانسی | مقیاس‌پذیری | تأخیر | |---|---|---|---| | PBFT | بله | محدود | پایین | | اثبات کار (PoW) | خیر | بالا | بالا | | اثبات سهام (PoS) | تا حدی | متوسط | متوسط | | Raft | خیر | متوسط | متوسط | | Paxos | خیر | متوسط | متوسط |

تحلیل تکنیکال و استراتژی‌های مرتبط

در حوزه تحلیل تکنیکال، PBFT به عنوان یک لایه زیرساختی برای تضمین صحت و امنیت داده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای مثال، در سیستم‌های معاملاتی غیرمتمرکز (DEX)، PBFT می‌تواند برای تأیید معاملات و جلوگیری از دستکاری آن‌ها استفاده شود.

در زمینه تحلیل حجم معاملات، PBFT می‌تواند برای اطمینان از اینکه داده‌های حجم معاملات دستکاری نشده‌اند، استفاده شود. این امر به سرمایه‌گذاران کمک می‌کند تا تصمیمات آگاهانه‌تری بگیرند.

استراتژی‌های مرتبط با PBFT شامل موارد زیر است:

• **بهینه‌سازی عملکرد:** با کاهش سربار ارتباطی و بهبود کارایی الگوریتم، می‌توان عملکرد PBFT را بهینه‌سازی کرد.
• **افزایش مقیاس‌پذیری:** با استفاده از تکنیک‌هایی مانند شاردینگ (Sharding)، می‌توان مقیاس‌پذیری PBFT را افزایش داد.
• **بهبود امنیت:** با استفاده از تکنیک‌های رمزنگاری پیشرفته، می‌توان امنیت PBFT را بهبود بخشید.

پیوندهای بیشتر

• اجماع
• بلاکچین
• تحمل خطا
• مشکل ژنرال‌های بیزانسی
• رمزنگاری
• اثبات کار (Proof of Work)
• اثبات سهام (Proof of Stake)
• Raft
• Paxos
• سیستم‌های توزیع‌شده
• امنیت شبکه
• ارزهای رمزنگاری‌شده
• قراردادهای هوشمند
• تحلیل تکنیکال
• تحلیل حجم معاملات
• شاردینگ
• امضای دیجیتال
• هَش
• شبکه همتا به همتا (P2P)
• سیستم‌های توزیع‌شده‌ی حیاتی

شروع معاملات الآن

ثبت‌نام در IQ Option (حداقل واریز $10) باز کردن حساب در Pocket Option (حداقل واریز $5)

به جامعه ما بپیوندید

در کانال تلگرام ما عضو شوید @strategybin و دسترسی پیدا کنید به: ✓ سیگنال‌های معاملاتی روزانه ✓ تحلیل‌های استراتژیک انحصاری ✓ هشدارهای مربوط به روند بازار ✓ مواد آموزشی برای مبتدیان