今日獻(xiàn)丑，給大家講一下拜占庭將軍問(wèn)題——保證通俗易懂。背景介紹拜占庭將軍問(wèn)題是一位名叫萊斯利·蘭伯特(Leslie Lamport)的高手(曾獲得圖靈獎(jiǎng))
今日獻(xiàn)丑，給大家講一下拜占庭將軍問(wèn)題——保證通俗易懂。
背景介紹
拜占庭將軍問(wèn)題是一位名叫萊斯利·蘭伯特(Leslie Lamport)的高手(曾獲得圖靈獎(jiǎng))在1982年提出的，關(guān)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信息傳輸、系統(tǒng)容錯(cuò)等問(wèn)題。這個(gè)拜占庭將軍問(wèn)題一提出來(lái)，大家覺(jué)得“嗯，以故事來(lái)講技術(shù)理論”很有意思。
幾乎每本關(guān)于比特幣的書都會(huì)講這個(gè)問(wèn)題，只是這個(gè)問(wèn)題翻譯到中國(guó)之后呢，講得有點(diǎn)詭異難懂。每個(gè)研究比特幣的人，都會(huì)看到拜占庭將軍問(wèn)題?？纯春孟穸耍趾孟駴](méi)懂。那么，到底懂沒(méi)懂呢?答案是，沒(méi)懂。
拜占庭將軍問(wèn)題本身我認(rèn)為是一個(gè)好的引子，但并不算是一個(gè)好的故事，咱中國(guó)人不熟悉呀。一雙臭腳萬(wàn)人捧，時(shí)間長(zhǎng)了，似懂非懂也就這樣了。咱沒(méi)有人家萊斯利的水平，這個(gè)故事講給有計(jì)算機(jī)密碼學(xué)功底的人聽(tīng)，是個(gè)好類比，對(duì)我們未必是。
軍師聯(lián)盟
今天我們從新解構(gòu)這個(gè)問(wèn)題，用大家熟知的三國(guó)故事更加細(xì)致地講解所謂的拜占庭將軍問(wèn)題。
把時(shí)間軸拉回到三國(guó)時(shí)代，咱們?cè)O(shè)定一個(gè)前提，當(dāng)時(shí)的時(shí)代背景下，只要一個(gè)書信文件是你寫下來(lái)的信息，有你的簽名和的蓋章就要認(rèn)賬，信譽(yù)很重要。再設(shè)定一個(gè)背景，當(dāng)時(shí)的老大是曹操，他軟禁了正牌兒的皇帝漢獻(xiàn)帝。曹操的都城周邊有十個(gè)將軍或者軍師，有諸葛亮、荀彧、郭嘉、孫策、徐庶等等軍師聯(lián)盟。這十個(gè)人呢，分居各地(如同分布式的節(jié)點(diǎn))，半數(shù)以上的人聯(lián)合的話就可以打敗曹操，商量著要不要打曹操。
當(dāng)時(shí)傳輸信息主要用的是信鴿飛來(lái)飛去，十個(gè)軍師之間飛鴿傳書，就是模擬點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的信息傳輸。
這里面有兩個(gè)問(wèn)題：
第一，如果出現(xiàn)了奸細(xì)，其實(shí)，都不用出現(xiàn)奸細(xì)，諸葛亮的信鴿飛到了郭嘉那里，郭嘉一看要打主公呀，我給你改成不打，再發(fā)出去。行不行？如何保證每一個(gè)節(jié)點(diǎn)不會(huì)篡改另一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息（所謂的惡意節(jié)點(diǎn)冒充正常節(jié)點(diǎn)）？
第二，怎么樣保證每一個(gè)節(jié)點(diǎn)(軍師或?qū)④?信息的記錄是一致的?
第一個(gè)問(wèn)題怎么解決呢?用非對(duì)稱加密技術(shù)。
比如，諸葛亮說(shuō)要打曹操，對(duì)發(fā)出的信件蓋章簽名，這個(gè)過(guò)程是用自己的私鑰進(jìn)行加密;加完密之后，信鴿飛呀飛到郭嘉那里，郭嘉一看，要打主公呀，想改成不打曹操，但是看得見(jiàn)改不了呀。
第二個(gè)問(wèn)題呢，怎么保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)(軍師或者將軍)記錄的信息是一樣的呢?
現(xiàn)在的問(wèn)題已經(jīng)不是打不打曹操的問(wèn)題，關(guān)鍵是大家記錄的軍令信息是一樣的。
比如，
諸葛亮的信息：下個(gè)月三號(hào)早上八點(diǎn)從岐山發(fā)兵進(jìn)攻曹操;
郭嘉：我不打曹操;
荀彧：曹丞相還不錯(cuò)，先不要打;
魯肅：我走水路去打曹操;
司馬懿：我過(guò)三十年再打，兄弟們先上……
打不打都可以，但是大家記錄的這些信息需要一致。
每個(gè)軍師都有資格記錄軍令信息，那誰(shuí)記錄的為準(zhǔn)呢?設(shè)置一個(gè)數(shù)學(xué)題，然后誰(shuí)先算出來(lái)這個(gè)數(shù)學(xué)題呢誰(shuí)就來(lái)記錄信息。交給一個(gè)人來(lái)記錄然后發(fā)布給大家。誰(shuí)智商高，誰(shuí)算力大，誰(shuí)先算出數(shù)學(xué)題的概率就比較大。讓他來(lái)記這個(gè)信息，然后張貼告示英雄榜，讓大家都知道，誰(shuí)打誰(shuí)不打這些信息(類比比特幣的交易信息)。然后大家一看數(shù)學(xué)題都算出來(lái)了，這次的算數(shù)題就算了，開始爭(zhēng)取下張英雄榜算下一個(gè)題。
激勵(lì)機(jī)制
各位想想，我去發(fā)英雄榜(記賬、廣播)這是個(gè)勞動(dòng)呀，為什么還要我累死累活得去算數(shù)學(xué)題?這時(shí)候加入一個(gè)激勵(lì)機(jī)制。以比特幣原理為例，算出一個(gè)數(shù)學(xué)題挖出一個(gè)區(qū)塊，獎(jiǎng)勵(lì)50個(gè)BTC(四年獎(jiǎng)勵(lì)減半的事兒今天不講，簡(jiǎn)化模型)。三國(guó)時(shí)代，一位軍師每次先算出來(lái)數(shù)學(xué)題，記錄好信息并貼出告示發(fā)出英雄榜，就送你50錠金子或者50個(gè)美女或者50座城池——這其實(shí)類似比特幣發(fā)明人中本聰設(shè)計(jì)的激勵(lì)機(jī)制。
這個(gè)時(shí)候呢，大家就有積極性了，都去搶著算這個(gè)數(shù)學(xué)題，算出來(lái)后就記好信息，張貼英雄榜。這就是PoW工作量證明機(jī)制，用PoW工作量證明機(jī)制保證記錄的信息是一致的。
完美地解決了拜占庭將軍問(wèn)題。
招三千門客挖礦
故事進(jìn)行到這里，打不打曹操就更不重要了。這十個(gè)軍師呢，每個(gè)人都想就想去算數(shù)學(xué)題，然后記錄好信息，張貼這個(gè)告示發(fā)英雄榜(發(fā)布到全網(wǎng))，可以得到獎(jiǎng)勵(lì)，50錠金子或50座城池(50個(gè)比特幣)的誘惑力太大了。
這個(gè)時(shí)候，有人就雞賊了，比如諸葛亮，一個(gè)人不好算嘛。我的腦子變聰明了，我的智商升高了，比如從CUP到GPU到ASIC芯片級(jí)別了。但是，發(fā)現(xiàn)郭嘉、荀彧的智商也升高了，從100變成200了。好吧，我有錢，我招門客，你招300門客，我招3000門客，3000個(gè)門客3000個(gè)人給我一起算這個(gè)數(shù)學(xué)題!智商基數(shù)更高，算力更高，我先算出來(lái)的概率就大了。我先算出來(lái)題了，一公布出來(lái)，別的軍師(節(jié)點(diǎn)、礦工)就不用再算這個(gè)題了，去算下一個(gè)題。
這3000門客就相當(dāng)于3000臺(tái)礦機(jī)，這就是比特幣的挖礦原理。
當(dāng)然，大家還可以繼續(xù)開腦洞，諸葛亮養(yǎng)門客的食宿費(fèi)用就像礦機(jī)的電費(fèi)、維護(hù)費(fèi)用;3000門客在一起就組成了礦場(chǎng);還有礦池、接入算力平臺(tái)等等。朋友們可以自行腦補(bǔ)，在此不再贅述。
總結(jié)：比特幣解決了拜占庭將軍問(wèn)題。第一個(gè)解決的問(wèn)題是保證我(一個(gè)誠(chéng)實(shí)節(jié)點(diǎn))發(fā)出的信息不會(huì)被人(另一個(gè)節(jié)點(diǎn))修改，方法是非對(duì)稱的加密技術(shù);第二個(gè)解決的問(wèn)題保證是每個(gè)人發(fā)出的信息被人記錄下來(lái)的數(shù)據(jù)是一致的。方法是PoW工作量證明機(jī)制。
