O que é tolerância a falhas bizantinas (BFT)?

Por quase uma década após a fundação do Bitcoin, inúmeras outras criptomoedas foram criadas, cada uma com seu próprio método exclusivo. Embora cada criptomoeda tenha suas próprias características únicas, o blockchain é uma parte fundamental de praticamente todas elas.

Blockchains são livros contábeis digitais não supervisionados que são atualizados por uma rede de computadores descentralizada, com apenas algumas exceções notáveis.

Portanto, o desenvolvimento de sistemas econômicos baseados na tecnologia blockchain permite a execução de transações públicas e confiáveis ​​sem o envolvimento de terceiros. Há uma aceitação crescente da criptomoeda como alternativa aos sistemas bancários modernos, que são altamente baseados em confiança.

A obtenção do consenso é o processo pelo qual os membros de uma rede concordam com o estado atual do blockchain específico em uma base rotineira. Embora seja possível obter um acordo em redes distribuídas, isso está longe de ser simples. Como resultado desse problema, nasceu a ideia da tolerância a falhas bizantinas.

O problema da falha bizantina

O Problema dos Generais Bizantinos é uma questão teórica que destaca como vários generais bizantinos podem lutar para se comunicar enquanto decidem sobre seu próximo movimento. A questão implica que cada general tenha suas próprias tropas e que cada unidade esteja espalhada pela área. Os generais devem atacar ou recuar.

Existe apenas uma opção para cada general: atacar ou recuar. A escolha de um general não pode ser revertida após feita. Deve haver um consenso universal entre os generais sobre o que fazer, e eles devem executá-lo coordenadamente.

Um general só pode entrar em contato com o outro por meio de comunicações entregues por correio, causando vários desafios.

Como resultado, o problema central do Problema dos Generais Bizantinos é que as comunicações podem ser interrompidas, danificadas ou completamente perdidas. Além disso, mesmo que uma mensagem seja enviada corretamente, qualquer general pode transmitir uma mensagem falsa para enganar os outros, causando um fracasso total.

Cada general simboliza um nó de rede em blockchains, e os nós devem chegar a um acordo sobre o estado do sistema. Em outras palavras, a maioria dos membros em um sistema descentralizado deve concordar e tomar as mesmas medidas para evitar falhas. Pelo menos 66% ou mais nós de rede confiáveis ​​e honestos podem estabelecer consenso nesses sistemas distribuídos.

Como funciona a tolerância a falhas bizantinas?

Tolerância a falhas bizantinas é a capacidade de uma rede de computadores permanecer funcional mesmo se alguns de seus nós apresentarem mau funcionamento ou se comportarem maliciosamente.

A tolerância a falhas bizantinas é significativa na tecnologia moderna porque permite que um sistema opere mesmo se alguns de seus componentes falharem.

Um sistema de computador, como o de uma aeronave, deve ser capaz de funcionar mesmo que nem todos os seus nós estejam funcionando. Para que os blockchains processem transações de criptomoedas, a tolerância a falhas bizantinas é obrigatória.

As transações de criptomoeda são validadas, processadas e registradas usando o blockchain. Deve haver um consenso entre os nós antes que uma transação seja concluída. Um algoritmo de consenso é um conjunto de regras que todos os nós em uma rede blockchain devem seguir para concordar com as transações.

Contar com os votos dos nós e chegar a um acordo por grande maioria é a ideia de uma abordagem alternativa para o problema.

O que tem a vantagem de não precisar de procedimentos que consomem muitos recursos do computador. A desvantagem de usar esse método é que ele só fornecerá segurança contra falhas bizantinas enquanto uma maioria considerável dos nós no blockchain se comportar de maneira legal.

Os nós no sistema tolerante a falhas bizantinas (BFT) têm a garantia de concordar com o tempo e o consenso das transações na rede. Isso é irrelevante para saber se um terço ou mais dos nós estão intencionalmente paralisando as transações, ou manipulando o sistema de alguma outra forma para impedir que o acordo seja alcançado.

Vantagens do BFT

Em primeiro lugar, é a facilidade e a velocidade com que as transações podem ser concluídas. O acordo e o tempo das transações são garantidos na rede tolerante a falhas bizantina (BFT). Portanto, não importa quantos nós estão bloqueando transações deliberadamente ou abusando do sistema para evitar acordos.

As transações não precisam de inúmeras verificações. Quando todos os nós da rede chegam a um consenso sobre várias transações, o bloco é verificado instantaneamente.

Porque não há muitos mineradores envolvidos no processo de elaboração de cálculos complicados para cada bloco de transações. Não há uma grande necessidade de uma grande quantidade de energia do computador ou consumo de energia. Por isso, é muito melhor para a saúde do meio ambiente.

Este método de Tolerância a Falhas Bizantinas tem um consumo de energia menor do que o mecanismo de consenso PoW.

O mecanismo de prova de trabalho requer um novo ciclo de PoW para cada novo bloco. Os mineradores de criptografia na rede Bitcoin aumentam gradualmente seu uso de energia. Considerando que outros blockchains usando BFT não requerem processamento caro, resultando em uma diminuição significativa no uso de energia elétrica.

Desvantagens do BFT

No entanto, existem algumas desvantagens associadas à prática do BFT. Por exemplo, o sistema BFT só pode ser usado em sua forma tradicional quando colocado em uso prático. Por causa disso, você só pode participar de grupos de consenso de tamanho limitado. Isso ocorre para evitar quantidades excessivas de comunicação necessárias entre os nós.

Além disso, o emprego de assinaturas digitais para fins de autenticação de comunicações pode levantar questões sobre sua potencial ineficiência. Além disso, a segurança do procedimento é aumentada de acordo com o número de nós que o aplicam. E isso tem um efeito adverso na flexibilidade e na largura de banda da rede.

O sistema também é vulnerável a ataques cibernéticos e mau funcionamento se a maioria da rede optar por se comportar de forma maliciosa.

Um ataque majoritário, também conhecido como ataque de 51%, ocorre quando um único indivíduo ou grupo de pessoas obtém influência de mais de 50% do poder de computação de um blockchain. O método mais comum para fazer isso é alugar o poder do computador de mineração de terceiros.

Além do perigo óbvio de o invasor roubar ativos ou gastá-los ilegalmente, há também o perigo menos óbvio, mas provavelmente mais sério, de a fé do público no sistema blockchain ser severamente danificada.

Por que o BFT é importante?

Para o leigo, os detalhes técnicos do BFT podem parecer uma preocupação principalmente para cientistas da computação e entusiastas de criptografia. Eles são, até certo ponto. Além disso, as falhas bizantinas não devem mais ser uma preocupação para os consumidores após o estabelecimento de um blockchain seguro.

Enquanto isso, aqueles que estão interessados ​​em usar blockchains para fins que não sejam transações financeiras podem se educar com o BFT, que ainda está em estágios iniciais de planejamento em muitos lugares. Para certas aplicações blockchain, a solução do Bitcoin para o problema da falha bizantina pode não ser eficaz.

O BFT é um componente crítico de uma blockchain bem-sucedida e pode ser aplicado de várias maneiras. Escolher um método significa considerar o tipo de ecossistema blockchain que uma organização busca construir, bem como os objetivos que a comunidade tem.

Pensamentos finais

Em conclusão, deve-se notar que é claramente óbvio que a Tolerância a Falhas Bizantinas desempenha um papel importante na transformação de sistemas baseados em consenso. Os aplicativos que usam a tecnologia blockchain estão gradualmente ganhando força em vários setores. No entanto, há muitos problemas que estão surgindo nas redes blockchain recentes.

Diante disso, é essencial ver o BFT como uma ferramenta essencial para garantir que o sistema continue funcionando corretamente, apesar da presença de agentes mal-intencionados. Como o blockchain é aberta e transparente, ela pode atrair pessoas antiéticas. Portanto, é vital ter uma compreensão sólida dos processos de consenso, incluindo o BFT.

Aprendizado

• Desde que o Bitcoin foi criado há quase dez anos, muitas outras criptomoedas foram criadas, cada uma com seu próprio método.
• A obtenção de consenso é o processo pelo qual os membros de uma rede concordam regularmente sobre o estado atual de um blockchain.
• O Problema dos Generais Bizantinos mostra como os generais bizantinos podem lutar para se comunicar enquanto planejam seu próximo movimento.
• Cada criptomoeda possui um algoritmo de consenso que a ajuda a atingir pelo menos algum nível de tolerância a falhas bizantinas.
• A Tolerância à Trincheira Bizantina é a capacidade de uma rede de computadores operar apesar do mau funcionamento ou de nós maliciosos.
• Um algoritmo de consenso é um conjunto de regras que todos os nós em uma rede blockchain devem seguir.
• À medida que a tecnologia blockchain continua a crescer, também crescerão os processos empregados para estabelecer consenso.