2018-06-07

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理解区块链，开始还是要从“拜占庭将军问题”谈起。区块链技术的原理就是来源于该问题。该问题如果从数学推导的角度来理解相对复杂。这里把问题简化，重在理解，而不学习算法。

拜占庭将军问题的背景是：拜占庭的n个将军围攻一个敌人，n个将军在不同的地方，包围着这个敌人。忠诚的将军希望通过某种协议达成某个命令的一致（比如约定某个时间一起进攻）。但其中一些背叛的将军会通过发送错误的消息阻挠忠诚的将军达成命令上的一致。如果同时发起进攻的将军数量少于m个，那么不足以歼灭敌人反而容易被敌人全部歼灭。怎样做才能保证有多于m个将军在同一时间一起发起进攻？

首先讨论通过传令兵口头传递消息达到一致的方式，这里有以下几个前提条件：

(1)每个被发送的消息都能够由传令兵正确投递

(2)接收信息者知道是谁发送的消息

有了上述假设，我们来看看将军们面临的问题是需要判断接收到的命令是不是正确的。这个判断命令的方法是整个拜占庭容错技术的核心。

我们考虑4个将军的情况，同时假设4个将军中只有1个背叛者。当4个将军A、B、C、D需要协商统一的时间去发起进攻时，A派出了3个传令兵，分别告诉B、C、D将军，下午1点发起进攻。假设B是背叛者，到了下午1点，A、C、D三个将军准时发起进攻，无论进攻结果如何，B没有进攻，他们三个可以发现B是背叛的。但是假设A背叛者，A给B，C，D分别传达了不同的进攻时间，导致B，C，D分别进攻而全军覆灭。所以B，C，D是不能完全相信A的命令的。因此对于忠诚的将军来说，他不知道谁是背叛者，所以，他不能完全相信接收到的命令，他必须对命令做出判断。而这个判断方法说起来也不难理解，它的核心思想是：对于每一个收到命令的将军，都要去询问其他人，他们收到的命令是什么。

(1)A是背叛者，A派出3个传令兵，分别告诉B、C、D将军在下午1点、2点、3点发起进攻。B，C，D也同时派出传令兵去告诉其他两位将军收到的命令。因此每位将军收到的命令分别如下图所示：

于是，B得到了3条指令：A命令B下午1点进攻，A命令C下午2点进攻，A命令D下午3点进攻。C和D也能做出同样的判断。因此这次进攻时间的协商是无效的。

(2)B是背叛者，A将军分别告诉B、C、D，下午1点准时发起进攻。B告诉C说B收到的命令是下午2点，B告诉D说收到的命令是下午2点，C和D分别告诉另外2个将军，A告诉他们的命令是下午1点。则每个人收到的指令是：

因此对于A来说，他知道自己是忠诚的，他发出的命令，至少有2个将军会执行，所以下午1点，A、C、D三个将军一起去进攻，有3个将军一起发起攻击，敌人被歼灭了。如果B是忠诚的，那么B会收到两个1点一个2点，B也会执行收到多的命令，于是B、C、D三个将军一起去进攻，有3个将军一起发起攻击，敌人被歼灭了。不管怎样，按照这种方式执行，结果是没问题的。

上面传递消息的时候，还有一个假设，传递的消息都是口头消息。我们这种方法本质上是通过通信次数换取信用。每个命令的执行需要两两交互去核验消息，通信代价是非常高的。我们还可以采用另一种方式，采用书信的形式，那么情况是不一样的。A派传令兵给B一张纸，A将军用自己独特的笔迹写下“下午1点进攻”，然后要求B把这张纸传给C，B在纸上用自己独特的笔迹签名表示同意，然后B传给C，C也签名表示同意，然后D也同意，最后签过所有名的纸再给每个人看一眼，就可以让所有节点一致了。这种采用书面签名消息的情况，对算法要求简单得多。但是，采用书面消息的前提是：每个将军都知道其他将军的笔迹是什么样的，并且无法模仿其他将军的笔迹。

好了，这基本上就是“拜占庭将军问题”的简单理解方式了。从该问题中可以以小见大，完全可以和区块链技术对应起来。比如，每个将军保持命令的一致性，不就是区块链技术中的分布式账本技术吗？以及命令的执行是由多个将军共同发起的，不是去中心化吗？每个将军彼此是不互相信任的，但是通过此种方法让彼此建立了信任关系。这不就是区块链技术的信任机制吗？因此，看懂“拜占庭将军问题”，也就看懂了区块链的核心技术。

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Do one thing at a time, and do well

一次只做一件事，但要做到最好

我是链圈少年。自是年少，韶华倾负。