O que é tolerância a falhas bizantinas (BFT)? Como funciona o BFT?

A falha bizantina, ou problema dos generais bizantinos, tem sido um tópico amplamente debatido em vários campos, como ciência da computação ou sistemas distribuídos. Em criptografia, especificamente na tecnologia blockchain, a tolerância a falhas bizantinas (BFT) desempenha um papel extremamente importante. Vamos descobrir mais sobre o BFT neste artigo!

O que é tolerância a falhas bizantinas (BFT)?

Tolerância a Falhas Bizantinas é a capacidade como um sistema distribuído ou rede pode operar e chegar a um consenso (acordo neutro), considerando que alguns participantes podem deixar de agir ou agir de forma maliciosa. Seu nome deriva de um paradoxo chamado problema dos generais bizantinos, enquanto a tolerância a falhas bizantinas é a solução para o problema.

Para que a rede funcione corretamente, mesmo que alguns de seus participantes encontrem problemas (intencionalmente ou não), é preciso haver algumas regras e condições comuns para que os participantes funcionais possam garantir o consenso da rede.

Qual é o problema dos generais bizantinos?

O Problema dos Generais Bizantinos foi introduzido pela primeira vez em 1982 em um artigo de um grupo de pessoas da Microsoft Research. O problema foi claramente descrito da seguinte forma:

“Imagine que várias divisões do exército bizantino estão acampadas fora de uma cidade inimiga, cada divisão comandada por seu próprio general. Os generais podem se comunicar uns com os outros apenas por mensageiro. Depois de observar o inimigo, eles devem decidir sobre um plano de ação comum.

No entanto, alguns dos generais podem ser traidores, tentando impedir que os generais leais cheguem a um acordo. Os generais devem decidir quando atacar a cidade, mas eles precisam de uma grande maioria de seu exército para atacar ao mesmo tempo. 

Os generais devem ter um algoritmo para garantir que (a) todos os generais leais decidam sobre o mesmo plano de ação e (b) um pequeno número de traidores não possa fazer com que os generais leais adotem um plano ruim. Os generais leais farão o que o algoritmo diz que devem fazer, mas os traidores podem fazer o que quiserem. O algoritmo deve garantir a condição (a) independentemente do que os traidores façam. Os generais leais não devem apenas chegar a um acordo, mas devem concordar com um plano razoável”.

O Problema dos Generais Bizantinos, embora semelhante ao Problema dos Dois Generais (Paradoxo dos Dois Generais), é uma versão mais geral. De uma maneira mais complicada, o Problema dos Generais Bizantinos pode impor mais variações. Por exemplo, os mensageiros podem não entregar a mensagem no caminho ou até mesmo alterar deliberadamente o conteúdo original.

O que é BFT em Criptografia?

Em criptografia, especificamente na tecnologia blockchain , a tolerância a falhas bizantina desempenha um papel extremamente importante. Quando aplicamos o Problema dos Generais Bizantinos à criptografia, os generais são os nós . Todos os nós dentro de uma rede blockchain precisam se comunicar uns com os outros e encontrar uma maneira de chegar a um consenso, o que leva a métodos que chamamos de algoritmos de consenso .

Existem várias maneiras de alcançar a tolerância a falhas bizantinas. Portanto, também existem vários algoritmos de consenso no espaço blockchain, cada um com suas próprias soluções para o problema para eficiência ideal.

O Bitcoin , com seu algoritmo de consenso Proof of Work, está entre os primeiros a atingir a tolerância a falhas bizantinas em criptomoedas. Desde sua introdução em 2008, o Proof of Work provou ser uma das soluções mais seguras e confiáveis ​​para esse problema, juntamente com o sucesso do Bitcoin.

Como a prova de trabalho atinge a tolerância a falhas bizantinas

Como funciona a tolerância prática a falhas bizantinas?

O Practical Byzantine Fault Tolerance (pBFT) é um algoritmo de consenso introduzido no final dos anos 90 por Barbara Liskov e Miguel Castro com o objetivo de resolver os problemas existentes das soluções de Tolerância a Falhas Bizantinas já disponíveis.

Em geral, o pBFT funciona atribuindo inicialmente 1 nó como nó primário (líder) e outros como nó secundário (backup). Qualquer nó pode se tornar o primário caso o atual não funcione.

Além disso, um sistema pBFT pode funcionar quando e somente quando o número máximo de nós maliciosos não deve ser maior ou igual a um terço de todos os nós dentro do sistema.

Existem 4 fases de rodadas de consenso pBFT:

• Solicitação: O cliente envia uma solicitação ao nó principal (líder).
• Pré-preparar: O nó primário (líder) transmite a solicitação para todos os nós secundários (de backup).
• Preparar: Os nós (primário e secundário) realizam o serviço solicitado.
• Commit: A resposta é enviada ao cliente se for válida.

Como funciona a tolerância a falhas bizantinas (pBFT)

Centralização e descentralização

Como você pode ver, para alcançar a tolerância a falhas bizantinas, cada nó (ou participante) dentro da rede deve se comunicar e cooperar com o outro. Não há nenhuma fonte de informação confiável para qualquer um confiar. Portanto, apenas as redes descentralizadas devem considerar a tolerância a falhas bizantinas.

Por outro lado, para redes centralizadas, há sempre um ou mais terceiros que atuam como intermediários entre cada participante, facilitando muito a comunicação e o consenso. Cada participante não precisa mais confiar no outro; eles podem simplesmente entregar todas as informações ao intermediário.

Tolerância a falhas bizantinas na centralização e descentralização

Perguntas frequentes sobre BFT em criptografia

A prova de participação é tolerância a falhas bizantinas?

Como mencionado acima, a tecnologia blockchain requer algoritmos de consenso para atingir a tolerância a falhas bizantinas. Sendo um deles, o Proof of Stake pode atender aos requisitos de tolerância a falhas bizantinas, assim como o Proof of Work.

Saiba mais:  O que é PoS? Por que é tolerância a falhas bizantinas?

É Tendermint BFT?

Tendermint, introduzido pela primeira vez em 2014, é a primeira adaptação do consenso Proof-of-Stake derivado do algoritmo Practical Byzantine Fault Tolerant (PBFT). Assim, é considerado um algoritmo de consenso BFT Proof-of-Stake.

Ethereum é tolerância a falhas bizantinas?

Atualmente, o Ethereum está usando o algoritmo de consenso Proof-of-Work, semelhante ao que o Bitcoin usa. No futuro, a Ethereum mudará sua rede para Proof-of-Stake.

De qualquer forma, o Ethereum ainda é capaz de atender à tolerância a falhas bizantinas.

Conclusão

Tolerância a Falhas Bizantinas é a capacidade como um sistema distribuído ou rede pode operar e chegar a um consenso (acordo neutro), considerando que alguns participantes podem deixar de agir ou agir de forma maliciosa.

Seu nome deriva de um paradoxo chamado problema dos generais bizantinos, enquanto a tolerância a falhas bizantinas é a solução para o problema.

Em suma, o Problema dos Generais Bizantinos refere-se a um problema quando vários generais querem atacar uma fortaleza e devem decidir como um grupo se atacam ou recuam. Temos que descobrir como esses generais podem chegar a um consenso, independentemente de atos maliciosos ou tentativas de comunicação fracassadas. 

Quando aplicamos o Problema dos Generais Bizantinos à criptografia, os generais são os nós. Todos os nós dentro de uma rede blockchain precisam se comunicar entre si e encontrar uma maneira de chegar a um consenso, o que leva a métodos que chamamos de algoritmos de consenso.

Existem várias maneiras de alcançar a tolerância a falhas bizantinas. Portanto, também existem vários algoritmos de consenso no espaço blockchain, cada um com suas próprias soluções para o problema para eficiência ideal.