Byzantine Fault Tolerance (BFT) là gì? Tầm quan trọng của hệ thống chịu lỗi Byzantine

1. Byzantine Fault Tolerance là gì?

1.1. Byzantine Fault Tolerance là gì?

Byzantine Fault Tolerance (BFT), hay Hệ thống chịu lỗi Byzantine, là một phương pháp và cơ chế thiết kế trong lĩnh vực hệ thống phân tán nhằm đảm bảo tính tin cậy và độ tin cậy cao trong môi trường có thể xảy ra lỗi không đáng tin cậy.

Mục tiêu chính của hệ thống BFT là cho phép hệ thống tiếp tục hoạt động đúng ngay cả khi một số thành viên trong hệ thống (có thể là các nút, quá trình, máy chủ, hoặc tài nguyên) hoạt động sai lệch hoặc bị kiểm soát bởi kẻ tấn công.

Cơ chế BFT đảm bảo tính tin cậy bằng cách đạt được đồng thuận giữa các thành viên trong hệ thống phân tán, dù cho có sự không đồng thuận trong môi trường. Điều này đảm bảo rằng hệ thống vẫn hoạt động chính xác và duy trì tính toàn vẹn dữ liệu, ngay cả khi một số thành viên có hành vi bất thường.

1.2. Nguồn gốc của Byzantine Fault Tolerance

Khái niệm Byzantine Fault Tolerance bắt nguồn từ bài toán "Byzantine Generals' Problem" (Bài toán Tướng quân Byzantine) do Leslie Lamport, Robert Shostak và Marshall Pease đề xuất vào năm 1982. Vấn đề này mô tả tình huống một nhóm tướng lĩnh Byzantine phải đồng thuận về một kế hoạch hành động, nhưng một số tướng lĩnh có thể là kẻ phản bội, truyền thông tin sai lệch. Mục tiêu là làm sao để các tướng lĩnh trung thực có thể đi đến một quyết định chung, ngay cả khi có sự hiện diện của những kẻ phản bội.

Tên gọi "Byzantine Generals' Problem" xuất phát từ cách tác giả mô tả bài toán giả định rằng các tướng quân Byzantine cùng quyết định tấn công hoặc rút lui khỏi một thành phố. Mục tiêu là tìm cách đạt được một thỏa thuận chung với số lượng tướng quân lỗi không vượt quá một giới hạn nào đó.

Bài toán Tướng quân Byzantine và hệ thống chịu lỗi Byzantine được tạo ra để giải quyết một trong những vấn đề phức tạp trong lĩnh vực hệ thống phân tán: làm thế nào để đảm bảo tính toàn vẹn và tin cậy của thông tin khi có sự không đồng thuận trong hệ thống.

Kể từ khi bài toán được giới thiệu, nó đã trở thành một trong những khái niệm quan trọng trong lĩnh vực phân tán và bảo mật, và hệ thống chịu lỗi Byzantine đã được phát triển dựa trên nền tảng của bài toán này để đảm bảo tính tin cậy trong môi trường không đáng tin cậy.

2.2. Các dự án sử dụng cơ chế BFT

Stellar:

Stellar là một hệ thống thanh toán phân tán và phi tập trung, được xây dựng dựa trên cơ chế BFT. Stellar sử dụng mô hình quyết định đa bước (SCP) để đạt được đồng thuận trong mạng.

Giao thức đồng thuận của Stellar, không dựa vào toàn bộ mạng khai thác để phê duyệt các giao dịch. Thay vào đó, nó sử dụng thuật toán đồng thuận liên kết Byzantine, cho phép xử lý các giao dịch nhanh hơn.

Các dự án sử dụng cơ chế BFT — *Stellar*

Ripple:

Ripple là một hệ thống thanh toán và chuyển tiền phân tán, sử dụng giao thức đồng thuận BFT để xác nhận các giao dịch và tạo các khối mới. Ripple đã triển khai Ripple Consensus Ledger (RCL) vào năm 2012, RCL sau này được đổi tên thành XRP Ledger (XRPL).

Không giốmg như Bitcoin, XRP Ledger không dựa trên thuật toán đồng thuận Proof of Work mà do đó, không dựa vào quá trình đào để xác minh các giao dịch. Thay vào đó, mạng đạt được sự đồng thuận thông qua việc sử dụng thuật toán đồng thuận được tùy chỉnh của nó - trước đây được gọi là Thuật toán Đồng thuận Giao thức Ripple (RPCA).

Một trong những ứng dụng quan trọng của hệ thống chịu lỗi Byzantine là trong công nghệ blockchain. Trong môi trường blockchain, các nút mạng đóng vai trò như các thành viên trong hệ thống chịu lỗi Byzantine, và việc đạt được đồng thuận giữa các nút là cực kỳ quan trọng để duy trì tính toàn vẹn và bảo mật của chuỗi khối.

Các thuật toán và giao thức BFT được thiết kế để đảm bảo rằng các nút trong hệ thống có thể hoạt động cùng nhau một cách an toàn và đồng thuận với nhau để đưa ra quyết định chung.

3. Các thuật toán đồng thuận Blockchain

Có một số thuật toán đồng thuận được sử dụng trong công nghệ blockchain để đạt được sự đồng thuận giữa các nút mạng về trạng thái của chuỗi khối (blockchain).

Điều quan trọng là đồng thuận được đạt được một cách bảo mật và đáng tin cậy để đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu và tránh xảy ra các cuộc tấn công. Dưới đây là một số thuật toán đồng thuận blockchain phổ biến:

3.1. Proof of Work

Proof of Work (PoW) là thuận toán đồng thuận được Satoshi Nakamoto áp dụng thành công cho Bitcoin vào năm 2009. Từ đó đến nay, PoW là một trong những cơ chế đồng thuận phổ biến nhất trong hệ sinh thái Cryptocurrency.

PoW yêu cầu các thợ đào (miners) giải một bài toán tính toán phức tạp để tạo ra một khối mới trong chuỗi. Thợ đào đầu tiên giải bài toán sẽ được phép thêm khối mới vào blockchain và nhận được phần thưởng (tiền thưởng) trong đồng tiền của blockchain. PoW đòi hỏi nhiều công sức tính toán và năng lượng điện, và thuật toán này giúp giữ cho mạng an toàn vì để tấn công mạng

Các thuật toán đồng thuận Blockchain — *Proof of Work (PoW)*

3.2. Proof of Stake

Proof of Stake (PoS) là một thuật toán đồng thuận khác, được sử dụng bởi nhiều blockchain như Ethereum (khi chuyển từ PoW sang PoS) và Cardano. Thay vì dựa vào sức mạnh tính toán, PoS yêu cầu các tham gia viên (stakers) cược một số tiền đặt cược (stake) của họ vào mạng. Sự lựa chọn của khối mới dựa vào số lượng tiền đặt cược của từng staker. PoS giúp tiết kiệm năng lượng so với PoW và đồng thời thúc đẩy việc tích cực giữ tiền trong ví lâu dài.

3.3. Delegated Proof of Stake

Delegated Proof of Stake (DPoS) là một biến thể của PoS. Trong DPoS, các tham gia viên trong mạng bỏ phiếu để chọn một số người đại diện (delegates) tham gia đồng thuận và tạo khối. DPoS có thể tăng tốc quá trình đồng thuận và giảm thiểu sự tập trung quá mức bằng cách ủy quyền cho một số lượng người tham gia nhất định.

3.4. Proof of Authority

Proof of Authority (PoA) yêu cầu các thành viên của mạng phải được xác thực và được ủy quyền trước để tạo khối. Thay vì dựa vào công sức tính toán hay tiền đặt cược, PoA dựa vào danh tính và uy tín của các tham gia viên trong mạng.

4. Kết luận

Trong lĩnh vực công nghệ, hệ thống chịu lỗi Byzantine đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng như blockchain, hệ thống phân tán, và lưu trữ đám mây. Nhờ vào sự đa dạng và sự tiến bộ của các thuật toán BFT, người dùng có thể tin tưởng vào tính bền vững và an toàn của dữ liệu và giao dịch trên mạng.

Đọc thêm: