Seit der Gründung von Bitcoin im Jahr 2008 als Peer-to-Peer-Electronic-Cash-System wurden viele weitere Kryptowährungen geschaffen, jede mit einem bestimmten Mechanismus. Eines aber, das fast alle Kryptowährungen gemeinsam haben, ist die Blockchain, als Kernelement ihrer Architektur.
Mit wenigen Ausnahmen sind Blockketten bewusst dezentral aufgebaut und arbeiten als digitales Ledger, das von einem verteilten Netzwerk von Computerknoten verwaltet wird. Aus diesem Grund ermöglichte die Blockchain-Technologie die Schaffung von vertrauenslosen Wirtschaftssystemen, in denen transparente und zuverlässige Finanztransaktionen ohne die Notwendigkeit von Vermittlern durchgeführt werden konnten. Kryptowährungen werden als praktikable Alternative zu traditionellen Bank- und Zahlungssystemen eingesetzt, die stark vom Vertrauen abhängig sind.
Wie die meisten verteilten Computersysteme müssen sich die Teilnehmer eines Kryptowährungsnetzwerks regelmäßig über den aktuellen Zustand der Blockkette einigen, und das nennen wir Konsensfindung. Allerdings ist es keineswegs einfach, einen Konsens über verteilte Netzwerke auf sichere und effiziente Weise zu erreichen.
Wie kann sich also ein verteiltes Netzwerk von Computerknoten auf eine Entscheidung einigen, wenn einige der Knoten wahrscheinlich versagen oder unehrlich handeln? Das ist die grundlegende Frage des Problems der sogenannten Byzantine Generals’ Problem, aus der das Konzept der byzantinischen Fehlertoleranz hervorging.
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Byzantine Generals Problem für Dummies
Das Byzantine Generals Problem ist ein Begriff aus der Informatikbeschreibung einer Situation, in der sich die beteiligten Parteien auf eine einzige Strategie einigen müssen, um ein völliges Scheitern zu vermeiden, aber einige der beteiligten Parteien korrupt sind und falsche Informationen verbreiten oder anderweitig unzuverlässig sind.
Das Byzantine Generals Problem ist ein ausgezeichnetes grundlegendes Beispiel dafür, wie Bitcoins Proof-of-Work-Konsensalgorithmus funktioniert, und das Verständnis davon erhöht im Allgemeinen das Verständnis für andere Konsensverfahren.
Willkommen in der byzantinischen Armee, Kind, schnall deine Stiefel an, leuchte deinen Helm und nimm deinen unglaublich schweren Schild – wir werden erobern.
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Sie sind genau zur richtigen Zeit gekommen – wir haben diese Stadt umzingelt, haben aber ein leider kompliziertes Logistikproblem. Wir haben zwei Armeen, eine auf jeder Seite der feindlichen Stadt, und wir müssen genau zur gleichen Zeit angreifen. Die Stadt ist stark genug, um sich gegen eine unserer Armeen zu verteidigen, aber nicht stark genug, um sich gegen zwei gleichzeitig zu verteidigen. Wenn wir nicht gleichzeitig angreifen, verlieren wir. Und verlieren ist scheiße.
Die Generäle jeder Armee müssen sich also auf den genauen Zeitpunkt des Angriffs einigen. Sie kommunizieren, indem sie einen Boten durch die feindliche Stadt hin und her schicken. Es gibt keine andere Möglichkeit der Kommunikation – der Mobilfunk war um 600 n. Chr. nicht der beste.
Zum Beispiel wird General A die Nachricht „Hey General B, wir werden am Donnerstag angreifen. Können wir darauf zählen, dass du mit uns angreifst?“ Der Bote läuft dann durch die Stadt und übergibt die Botschaft an General B, der wiederum antwortet: „Wir können Donnerstag nicht machen, Gruppenpilates. Wie wäre es mit Freitag? Wenn wir am Freitag angreifen, werdet ihr dann mit uns angreifen?“ Und dann läuft der Bote durch die Stadt, um die Botschaft an General A zu übermitteln, und so weiter.
Hier ist jedoch der Knackpunkt: Der Bote könnte möglicherweise in der Stadt erwischt und durch einen #fakenews-Botschafter ersetzt werden, der absichtlich versuchen wird, den anderen General zu täuschen, um die Stadt zur falschen Zeit anzugreifen und unsere Armee zum Untergang zu bringen.
Es gibt keine Möglichkeit zu überprüfen, ob die Botschaft authentisch ist, also wie schaffen wir als die besten Militärstrategen des Landes ein „vertrauenloses“ System, das den Sieg beim Angriff auf die Stadt sicherstellt?
Und das ist das Byzantine Generals Problem.
Byzantine Fault Tolerance (BFT)
Mit wenigen Worten, die Byzantine Fault Tolerance (BFT) ist die Eigenschaft eines Systems, das in der Lage ist, der Klasse der Fehler zu widerstehen, die aus dem Problem der byzantinischen Generäle resultieren. Das bedeutet, dass ein BFT-System auch dann weiterarbeiten kann, wenn einige der Knoten ausfallen oder böswillig handeln.
Es gibt mehr als eine mögliche Lösung für das Problem der byzantinischen Generäle und damit mehrere Möglichkeiten, ein BFT-System aufzubauen. Ebenso gibt es verschiedene Ansätze für eine Blockchain, um Byzantine Fault Tolerance (BFT) zu erreichen, und das führt uns zu den sogenannten Konsensalgorithmen.
Blockchain-Konsensalgorithmen
Wir können einen Konsensalgorithmus als den Mechanismus definieren, durch den ein Blockchain-Netzwerk einen Konsens erreicht. Die gängigsten Implementierungen sind Proof of Work (PoW) und Proof of Stake (PoS). Aber nehmen wir den Fall Bitcoin als Beispiel.
Während das Bitcoin-Protokoll die primären Regeln des Systems vorschreibt, definiert der PoW-Konsensalgorithmus, wie diese Regeln befolgt werden, um einen Konsens zu erzielen (z.B. bei der Überprüfung und Validierung von Transaktionen).
Obwohl das Konzept des Proof of Work älter ist als Kryptowährungen, entwickelte Satoshi Nakamoto eine modifizierte Version davon als Algorithmus, der die Erstellung von Bitcoin als BFT-System ermöglichte.
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Beachten Sie, dass der PoW-Algorithmus nicht 100% tolerant gegenüber den Byzantine Fault Tolerance (BFT) ist, aber aufgrund des kostenintensiven Mining-Prozesses und der zugrunde liegenden kryptographischen Techniken hat sich PoW als eine der sichersten und zuverlässigsten Implementierungen für Blockchain-Netzwerke erwiesen. In diesem Sinne wird der von Satoshi Nakamoto entwickelte Proof of Work Konsensalgorithmus von vielen als eine der genialsten Lösungen für die Byzantine Fault Tolerance (BFT) angesehen.
Schlussworte
Das Problem der byzantinischen Generäle ist ein faszinierendes Dilemma, das schließlich zu den BFT-Systemen führte, die in verschiedenen Szenarien umfassend eingesetzt werden. Über die Blockchain-Industrie hinaus sind einige Anwendungsfälle von BFT-Systemen die Luft- und Raumfahrtindustrie sowie die Kernkraftindustrie.
Im Rahmen der Kryptowährung ist eine effiziente Netzwerkkommunikation zusammen mit einem guten Konsensmechanismus für jedes Blockketten-Ökosystem von entscheidender Bedeutung. Die Sicherung dieser Systeme ist ein ständiges Unterfangen, und die bestehenden Konsensalgorithmen müssen noch einige Einschränkungen (z.B. Skalierbarkeit) überwinden. Dennoch sind PoW und PoS als BFT-Systeme sehr interessante Ansätze, und die möglichen Anwendungen inspirieren sicherlich zu weitreichenden Innovationen.
Haftungsausschluss: Dieser Artikel sollte nicht als Anlageberatung verstanden werden und ist nicht dazu bestimmt, diese anzubieten. Die Kryptozeitung und ihre verbundenen Unternehmen, Mitarbeiter, Schriftsteller und Subunternehmer sind Krypto-Währungsinvestoren und haben von Zeit zu Zeit möglicherweise Anteile an einigen der von ihnen abgedeckten Münzen oder Token. Bitte führen Sie Ihre eigene gründliche Recherche durch, bevor Sie in eine Kryptowährung investieren.
