拜占庭將軍問(wèn)題很多人可能聽過(guò)，但不知道是什么意思，本文從非專業(yè)的角度來(lái)講講，拜占庭將軍問(wèn)題到底是說(shuō)什么的。

拜占庭將軍問(wèn)題（Byzantine Generals Problem），首先由Leslie Lamport與另外兩人在1982年提出，很簡(jiǎn)單的故事模型，卻困擾了計(jì)算機(jī)科學(xué)家們數(shù)十年。

故事大概是這么說(shuō)的：

拜占庭帝國(guó)即中世紀(jì)的土耳其，擁有巨大的財(cái)富，周圍10個(gè)鄰邦垂誕已久，但拜占庭高墻聳立，固若金湯，沒(méi)有一個(gè)單獨(dú)的鄰邦能夠成功入侵。任何單個(gè)鄰邦入侵的都會(huì)失敗，同時(shí)也有可能自身被其他9個(gè)鄰邦入侵。拜占庭帝國(guó)防御能力如此之強(qiáng)，至少要有十個(gè)鄰邦中的一半以上同時(shí)進(jìn)攻，才有可能攻破。然而，如果其中的一個(gè)或者幾個(gè)鄰邦本身答應(yīng)好一起進(jìn)攻，但實(shí)際過(guò)程出現(xiàn)背叛，那么入侵者可能都會(huì)被殲滅。于是每一方都小心行事，不敢輕易相信鄰國(guó)。這就是拜占庭將軍問(wèn)題。

在拜占庭問(wèn)題里，各鄰國(guó)最重要的事情是：所有將軍如何能過(guò)達(dá)成共識(shí)去攻打拜占庭帝國(guó)。

達(dá)成共識(shí)并非坐下來(lái)開個(gè)會(huì)那么簡(jiǎn)單，有的將軍心機(jī)深不可測(cè)，口是心非，如果有叛徒，可能會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題：

叛徒可能欺騙某些將軍自己將采取進(jìn)攻行動(dòng)。 叛徒可能慫恿其他將軍行動(dòng)。 叛徒可能迷惑其他將軍，使他們接受不一致的信息，從而感到迷惑。

針對(duì)拜占庭問(wèn)題的深入研究，科學(xué)家們得出一個(gè)結(jié)論：如果叛徒的數(shù)量大于或等于1/3，拜占庭問(wèn)題不可解。

解釋過(guò)程可以用一個(gè)副官模型來(lái)解釋：

假設(shè)只有3個(gè)人，A、B、C，三人中如果其中一個(gè)是叛徒。當(dāng)A發(fā)出進(jìn)攻命令時(shí)，B如果是叛徒，他可能告訴C，他收到的是“撤退”的命令。這時(shí)C收到一個(gè)“進(jìn)攻”，一個(gè)“撤退“，于是C被信息迷惑，而無(wú)所適從。如果A是叛徒。他告訴B“進(jìn)攻”，告訴C“撤退”。當(dāng)C告訴B，他收到“撤退”命令時(shí)，B由于收到了司令“進(jìn)攻”的命令，而無(wú)法與C保持一致。正由于上述原因，在只有三個(gè)角色的系統(tǒng)中，只要有一個(gè)是叛徒，即叛徒數(shù)等于1/3，拜占庭問(wèn)題便不可解。

當(dāng)然，只要叛徒數(shù)小于1/3，問(wèn)題還是可解的。

科學(xué)家們提出了口頭信息方案和書面協(xié)議兩個(gè)方案。
解決方案一：用口頭信息

口頭信息即使將軍們派人用口信傳達(dá)消息，口頭傳達(dá)消息的實(shí)際含義指的是：

每個(gè)被發(fā)送的消息都能夠被正確投遞 信息接受者知道消息是誰(shuí)發(fā)的 沉默（不發(fā)消息）可以被檢測(cè)

口頭協(xié)議的算法很簡(jiǎn)單，如果其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)，比如1發(fā)布消息出去，210都接受到1的消息，然后210也分別轉(zhuǎn)告給其他的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是信息的轉(zhuǎn)達(dá)者，一輪下來(lái)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)手上都會(huì)有10個(gè)信息（進(jìn)攻或者撤退），有叛徒的話，那信息可能有進(jìn)攻或者不進(jìn)攻的不一致消息。每個(gè)人相當(dāng)于手里有一本消息的賬本，該怎么決策呢？如果有一半以上的人說(shuō)進(jìn)攻，那么采取進(jìn)攻行動(dòng)就是能成功的，所以這時(shí)即便有叛徒，只要聽大部分人的，少數(shù)服從多數(shù)來(lái)行動(dòng)即是有利的。

這種口頭協(xié)議的算法也存在明顯的缺點(diǎn)：口頭協(xié)議并不會(huì)告知消息的上一個(gè)來(lái)源是誰(shuí)，也就是消息不可追根溯源，出現(xiàn)信息不一致也很難找到叛徒在哪。
解決方案二：用書面協(xié)議

可以假設(shè)10個(gè)國(guó)家，每個(gè)國(guó)家都可以派人向各個(gè)國(guó)家派信，比如一起約定 “某天早上六點(diǎn)，大家一起進(jìn)攻拜占庭，同意就簽個(gè)字”。收到信的國(guó)家如果同意的話，就可以在原信上簽名蓋章。

書面協(xié)議相比口頭協(xié)議，實(shí)際說(shuō)的是在這個(gè)多人的將軍模型中加了了個(gè)隱含條件：

將軍們能夠使用簽名技術(shù)，簽名不可偽造，一旦篡改即可發(fā)現(xiàn)。 同時(shí)任何人都可以驗(yàn)證簽名的可靠性。

書面協(xié)議相比口頭協(xié)議，所有的消息都是有記錄的，解決了追根溯源的問(wèn)題。

但在現(xiàn)實(shí)中仍然可能面臨各種問(wèn)題：

中世紀(jì)的鄰邦之間溝通只能靠信使騎馬，將軍們互不信任，也不可能親自聚在一起開會(huì)，物理距離導(dǎo)致信息傳輸延遲。真正可信的簽名體系難以實(shí)現(xiàn)。簽名造假的問(wèn)題也沒(méi)法避免。簽名消息記錄的保存難以擺脫中心化的機(jī)構(gòu)。

另外，倘若每個(gè)國(guó)家都各自向其他9個(gè)國(guó)家派出信使，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)即需要90次的傳輸才能完成一輪信息交流，但是每個(gè)國(guó)家可能回饋不同的進(jìn)攻時(shí)間，在這種異步通信的條件下，要能協(xié)商一致是個(gè)大問(wèn)題。

也就是如果能夠依賴中心化可信的機(jī)構(gòu)，也許能通過(guò)多方的簽名記錄整合在一起，更容易地實(shí)現(xiàn)9個(gè)國(guó)家的意見統(tǒng)一，但這是個(gè)偽假設(shè)，因?yàn)榍疤崾沁@個(gè)網(wǎng)絡(luò)就是互不信任的。

這就是一個(gè)由互不信任的各個(gè)鄰邦國(guó)家所構(gòu)成的分布式網(wǎng)絡(luò)，要獲得最大的利益，又必須一起努力才能完成，如何達(dá)成一致的共識(shí)，變成了一個(gè)難題。

萊斯利·蘭伯特提出了“拜占庭將軍問(wèn)題”，但真正解決這以難題的是——中本聰。
終極解決方案：區(qū)塊鏈技術(shù)

互聯(lián)網(wǎng)的存在，首先降低了信息的流通成本。每個(gè)將軍配一臺(tái)電腦，就解決了”書面協(xié)議“中騎馬通訊造成時(shí)間延遲的問(wèn)題。

如果10個(gè)將軍中的幾個(gè)同時(shí)發(fā)起消息，勢(shì)必會(huì)造成系統(tǒng)的混亂，造成各說(shuō)各的攻擊時(shí)間方案，行動(dòng)難以一致。

誰(shuí)都可以發(fā)起進(jìn)攻的信息，但由誰(shuí)來(lái)發(fā)出呢？中本聰巧妙地在個(gè)系統(tǒng)加入了發(fā)送信息的成本，即：一段時(shí)間內(nèi)只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以傳播信息。

它加入的成本就是”工作量“——節(jié)點(diǎn)必須完成一個(gè)計(jì)算工作才能向各城邦傳播消息，當(dāng)然，誰(shuí)第一個(gè)完成工作，誰(shuí)才能傳播消息。

當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出統(tǒng)一進(jìn)攻的消息后，各個(gè)節(jié)點(diǎn)收到發(fā)起者的消息必須簽名蓋章，確認(rèn)各自的身份。中本聰在這里引用現(xiàn)代加密技術(shù)為這個(gè)信息簽名。

這種加密技術(shù)——非對(duì)稱加密完全可以解決古代難以解決的簽名問(wèn)題：

消息傳送的私密性 能夠確認(rèn)身份 簽名不可偽造、篡改

非對(duì)稱加密算法的加密和解密使用不同的兩個(gè)密鑰.這兩個(gè)密鑰就是我們經(jīng)常聽到的”公開密鑰”(公鑰)和”私有密鑰”(私鑰).

公鑰和私鑰一般成對(duì)出現(xiàn), 如果消息使用公鑰加密,那么需要該公鑰對(duì)應(yīng)的私鑰才能解密; 同樣，如果消息使用私鑰加密,那么需要該私鑰對(duì)應(yīng)的公鑰才能解密.

非對(duì)稱加密的作用是:保護(hù)消息內(nèi)容, 并且讓消息接收方確定發(fā)送方的身份.

比如，將軍A想給將軍B發(fā)送消息，為防止消息泄露，將軍A只需要使用B的公鑰對(duì)信息加密，而B的公鑰是公開的，B只需要用只有他自己只的私鑰解密即可。

將軍B想要在信件上聲明自己的身份，他可以自己寫一段”簽名文本“，并用私鑰簽名，并廣播出去，所有人可以根據(jù)B的公鑰來(lái)驗(yàn)證該簽名，確定的B的身份。

由此，一個(gè)不可信的分布式網(wǎng)絡(luò)變成了一個(gè)可信的網(wǎng)絡(luò)，所有的參與者可以在某件事在達(dá)成一致。

寫到這里，同時(shí)終于明白了工作量證明（Proof Of Work）的意義。有人說(shuō)挖礦浪費(fèi)了巨大的社會(huì)資源，但建立信任的成本可不是0，挖礦是維護(hù)比特幣網(wǎng)絡(luò)可靠性的最好辦法。

工作量證明，簡(jiǎn)單的理解就是一份證明，現(xiàn)實(shí)中的畢業(yè)證、駕駛證都屬于工作量證明，它用以檢驗(yàn)結(jié)果的方式證明你過(guò)去所做過(guò)了多少工作。

在拜占庭的系統(tǒng)里，加入工作量證明，其實(shí)就是簡(jiǎn)單粗暴地引入了一個(gè)條件：大家都別忙著發(fā)起消息，都來(lái)做個(gè)題，看誰(shuí)最聰明，誰(shuí)就有資格第一個(gè)發(fā)起消息。

這個(gè)題必須是絕對(duì)公平的，中本聰在設(shè)計(jì)比特幣時(shí)，它采用了一種工作量證明機(jī)制叫哈希現(xiàn)金，在一個(gè)交易塊這要找到一個(gè)隨機(jī)數(shù)，計(jì)算機(jī)只能用窮舉法來(lái)找到這個(gè)隨機(jī)數(shù)，可以說(shuō)，能不能找到全靠運(yùn)氣，所以對(duì)于各個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，這個(gè)世界上，只有隨機(jī)才是真正的公平，實(shí)現(xiàn)隨機(jī)的最好辦法是使用數(shù)學(xué)，所有的將軍在尋找共識(shí)的過(guò)程，借助了大家都認(rèn)可的數(shù)學(xué)邏輯。

如果不同的將軍先后解出了題，各自先后向這個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布消息，于是各個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)收到來(lái)自不同節(jié)點(diǎn)發(fā)起的進(jìn)攻或者不進(jìn)攻的消息，那怎么辦的？只有時(shí)間最早的發(fā)起者才是有效的。中本聰巧妙的設(shè)計(jì)了一個(gè)時(shí)間戳的東西，為每個(gè)將軍在解好題的時(shí)間（出塊時(shí)間）蓋上時(shí)間印章。

將軍們那又憑什么要一起做工作量證明呢？中本聰也完全可以設(shè)置一個(gè)獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，比特幣的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制是每打包一個(gè)塊，目前是獎(jiǎng)勵(lì)25個(gè)比特幣，當(dāng)然，拜占庭將軍問(wèn)題的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制可以是瓜分拜占庭獲得的利益。

對(duì)了，如果有出現(xiàn)背叛怎么辦？

在這個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)里：

每個(gè)將軍都有一份實(shí)時(shí)與其他將軍同步的消息賬本。 賬本里有每個(gè)將軍的簽名都是可以驗(yàn)證身份的。如果有哪些消息不一致，可以知道消息不一致的是哪些將軍。 盡管有消息不一致的，只要超過(guò)半數(shù)同意進(jìn)攻，少數(shù)服從多數(shù)，共識(shí)達(dá)成。

由此，在一個(gè)分布式的系統(tǒng)中，盡管有壞人，壞人可以做任意事情（不受protocol限制），比如不響應(yīng)、發(fā)送錯(cuò)誤信息、對(duì)不同節(jié)點(diǎn)發(fā)送不同決定、不同錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)聯(lián)合起來(lái)干壞事等等。但是，只要大多數(shù)人是好人，就完全有可能去中心化地實(shí)現(xiàn)共識(shí)（Consensus）。

區(qū)塊鏈上的共識(shí)機(jī)制主要解決由誰(shuí)來(lái)構(gòu)造區(qū)塊，以及如何維護(hù)區(qū)塊鏈統(tǒng)一的問(wèn)題。

拜占庭容錯(cuò)問(wèn)題需要解決的也同樣是誰(shuí)來(lái)發(fā)起信息，如何實(shí)現(xiàn)信息的統(tǒng)一同步的問(wèn)題。

到這里也可以知道了，基于互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)塊鏈技術(shù)，它克服了口頭協(xié)議與書面協(xié)議的種種缺點(diǎn)，使用消息加密技術(shù)、以及公平的工作量證明機(jī)制，創(chuàng)建了一組所有將軍都認(rèn)可的協(xié)議，這套協(xié)議的出現(xiàn)，拜占庭將軍問(wèn)題也就完美的得到了解決。

偉大的創(chuàng)新往往是站在前人的肩膀上，中本聰就是各種前沿技術(shù)的整合者，古老的疑難雜癥在這種整合創(chuàng)新下，就變得不再是問(wèn)題了。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的拜占庭将军问题与中本聪的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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