將軍的煩惱區塊鏈

A. 區塊鏈的技術原理是什麼

區塊鏈技術涉及的關鍵點包括：去中心化（Decentralized）、去信任（Trustless）、集體維護（Collectivelymaintain）、可靠資料庫（ReliableDatabase）、時間戳（Timestamp）、非對稱加密（AsymmetricCryptography）等。

區塊鏈技術重新定義了網路中信用的生成方式：在系統中，參與者無需了解其他人的背景資料，也不需要藉助第三方機構的擔保或保證，區塊鏈技術保障了系統對價值轉移的活動進行記錄、傳輸、存儲，其最後的結果一定是可信的。

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區塊鏈技術原理的來源可歸納為一個數學問題：拜占庭將軍問題。拜占庭將軍問題延伸到互聯網生活中來，其內涵可概括為：在互聯網大背景下，當需要與不熟悉的對手方進行價值交換活動時，人們如何才能防止不會被其中的惡意破壞者欺騙、迷惑從而做出錯誤的決策。

進一步將拜占庭將軍問題延伸到技術領域中來，其內涵可概括為：在缺少可信任的中央節點和可信任的通道的情況下，分布在網路中的各個節點應如何達成共識。區塊鏈技術解決了聞名已久的拜占庭將軍問題——它提供了一種無需信任單個節點、還能創建共識網路的方法。

B. 拜占庭將軍問題與區塊鏈

1982年，圖靈獎得主萊斯利·蘭伯特提出拜占庭將軍問題，探討了分布式系統中節點故障下的共識達成。這一難題隨著區塊鏈技術的發展，愈發引人關注。本文將通過通俗易懂的方式，解析這一問題背後的共識協議。

想像一下，兩位將軍需共同決定進攻時間，但通信途徑受阻。這個簡單的「兩個將軍問題」揭示了在分布式環境中，信息傳遞的不確定性可能導致共識無法達成。FLP定理指出，在非同步通信中，無法保證一致性。

然而，工程師們並未放棄，他們通過調整策略，如增加信使數量，確保至少一部分信息能傳遞，或多次嘗試直到聯系成功，從而在實際操作中找到解決方案。拜占庭將軍問題的復雜版本則涉及更多將軍和復雜策略，但關鍵是叛徒數量不能超過總人數的1/3，否則共識無法達成。

傳統的方法如口頭協定和書面協定都有局限性，口頭協定難以追蹤來源，書面協定依賴於中心化權威。區塊鏈技術的出現，通過非對稱加密和工作量證明（PoW）演算法，解決了這些問題，實現了去中心化的信任網路，確保了消息的不可篡改和來源的可追溯。

總的來說，區塊鏈技術巧妙地解決了拜占庭將軍問題，展示了在分布式系統中達成共識的強大能力，為未來的信任網路奠定了基礎。這個過程雖有挑戰，但通過技術創新，我們找到了一個接近完美的解決方案。

C. 理論上區塊鏈怎麼解決拜占庭將軍問題

拜占庭將軍問題（以下簡稱「共識問題」）的正式表述是：如何在一個不基於信任的分布式網路中就信息達成共識？這個表述聽起來有些晦澀，但其本質並不復雜，下面的例子與共識問題雖然並不完全一致，但卻有助於我們的理解[9]。

想像一下在遙遠的拜占庭時代，有一個富饒的城邦，金銀珠寶綾羅綢緞應有盡有，它的領主哆啦A夢獨享著這一切奢華與榮耀。而在城邦的外圍，四位拜占庭將軍大雄、胖虎、小夫和靜香都覬覦著哆啦A夢的財富，於是他們決定聯手攻佔哆啦A夢的城邦。根據雙方的實力對比，必須有超過半數的將軍同時發起進攻方能克敵制勝，因此獲勝條件就是四人中至少三個人可以就進攻時間達成一致。那麼四位將軍的勝算有多少呢？

這個問題的答案就要取決於四個人的合作方式了，如果是集中式系統，有一個盟主，比如胖虎（相當於中央伺服器），那麼他們的勝利是毫無懸念的，因為就進攻時間達成一致非常簡單，只要胖虎召集大雄、小夫和靜香開個會討論一下就可以了，即使大家意見有分歧胖虎也可以在最後予以定奪。下面讓我們回到拜占庭將軍問題的假設里，在不基於信任的分布式網路中，四位將軍的勝算又如何呢？

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首先由於四位將軍之間缺乏信任，因此聚到小黑屋裡開個密謀會的可能性被排除了（一旦在小黑屋裡被胖虎綁架了怎麼辦？）；其次由於沒有盟主，四個人的意見都會被同等的看重。在這種情況下，四位將軍只能通過信使在各自營地之間傳遞消息，來商定進攻時間了。比如大雄覺得早上6點是發動進攻的好時機，他就會派信使將自己的意見告訴胖虎、小夫和靜香，與此同時，胖虎可能認為晚上9點發動突襲更好，小夫更喜歡下午3點出擊，而靜香希望是上午10點，他們三人也會在同一時間派出自己的信使。這樣一來，在第一輪通信結束後，四位將軍每個人都有了四個可供選擇的進攻時間，他們各自要在下一輪通信中把自己選定的時間告知另外三人。由於四個人的決策都是獨立做出的，因此最終的選擇結果就有256種可能，而只有當三人以上都恰好選擇了同一時間的時候，共識才被達成，而這樣的結果才64種，也就是說達成共識的概率僅為1/4。這還只是四位將軍的情況，如果將軍的人數是10人，100人，1000人呢？我們稍加計算就可以發現隨著人數的增加，達成共識的希望會變得越來越渺茫。

把上面例子中的將軍換成計算機網路中的節點，把信使換成節點之間的通信，把進攻時間換成需要達成共識的信息，你就可以理解共識問題所描述的困境了。達成共識的能力對於一個支付系統來說重要性不言而喻，如果你給家裡匯了一筆錢買車，第二天去銀行核實的時候櫃台告訴你「關於你匯了多少錢的問題，我們的系統里有三個版本的記錄」，這樣的銀行你顯然是不敢把錢存進去的。在比特幣出現之前共識問題是很難被完美解決的，要保證達成共識就需要採用集中式系統（除非節點滿足特定條件），要想去中心化共識就無法保證。那麼區塊鏈技術又是如何解決這一難題的呢？（關注公眾號weoption，回復「區塊鏈」，可查看全文。）

D. 拜占庭將軍很忙—《區塊鏈思維》第21塊

無論在鏈圈，還是在幣圈混，經常聽到一個名詞「拜占庭將軍問題」。

到底拜占庭是啥，拜占庭將軍怎麼啦，到處都被提及，這位將軍好忙啊！

先說拜占庭這個地方。很久很久以前的歐洲，建立在比中世紀還古老的時期，歷史上就是東羅馬帝國，跨越了千年的歷史期盼。

扯遠了，回到正題，什麼是拜占庭將軍問題。

拜占庭這個地方異常堅固，同時被十個獨立鄰邦環伺，分別有一位將軍，單獨攻城必敗，只有一半以上的將軍同時攻打才能破城。

十位將軍為了協調一致，在那個古老的時代，累死傳令兵，要麼飛鴿傳書（那時的歐洲比中國落後，好像沒有這個高速通信手段）。十位將軍相互通信一次就需要90次傳信，每位將軍都有各自的攻城計劃，要想達成統一就需要往復傳遞不知道多少次。

我們可以假設一個場景，一個桌子上坐著十位將軍，每個人各自說著自己的想法，同時聽其他九位的說法，但是信息的傳遞不是實時的，有快有慢，有早有晚。想明白了嗎？也就是說，這十位將軍如果想達成一致，理論上有可能，實際上他們的有生之年都實現不了，難怪拜占庭帝國經歷了千年也沒有被這十位將軍攻破。

中本聰這個神人，利用互聯網信息傳遞的及時性特點，引入時間戳可以明確知道「誰先說、誰後說」的特性，創造性地加入挖礦機制（就是用計算機算隨機數滿足一定難度才算成功）比拼各位將軍的智商來決定誰做本次進攻的統帥，使用非對稱加密保證信息傳輸的安全性等等手段融合到比特幣中，用實例說明自己破解了這個歷史難題「拜占庭將軍問題」。從而向世人證明解決60億人口的互信問題是有去中心化解決方案地。

幣圈和鏈圈的朋友很焦慮的另一個關鍵問題就是：這個圈子概念太TM多。除了這個「拜占庭將軍問題」，還有一個「拜占庭容錯」，這是什麼鬼？這兩個是一樣的嗎？這兩個是故意有一個被寫錯了嗎？還是說我的智商稅沒交夠？其實，你都說對了。

「拜占庭將軍問題」假設所有十個將軍都是好的，都想攻破拜占庭，只是達成共識很難，比特幣提供了好人達成共識的方案。

「拜占庭容錯」是說十個將軍可以很好地達成共識。但是，如果其中出了壞人，怎麼解決？

如果十個將軍中出現了壞人（叫叛徒也行），進攻計劃是否會永遠無法達成共識呢？

「拜占庭容錯」告訴大家，是可以達成地，並且，還能找出這些「叛徒」是誰。只是，10個將軍中叛徒的數量不能超過3個，超出了就無法「容錯」，也找不出這些叛徒是誰。對應的公式就是：3n+1。其中3n+1是將軍總數（區塊鏈的賬本/礦機總數），n是能夠「容錯」的「叛徒」（惡意記錯賬）總數。

對於十個將軍來說，最多容忍三個叛徒，多了就徹底沒戲啦。為了比特幣的容錯能力越來越強，就需要更多的節點，這樣才能容忍並找出更多的叛徒。懂了吧。

小結一下：拜占庭將軍問題是假設都是好人前提下如何達成共識，拜占庭容錯就是全網最多能夠容忍多少叛徒並且能找出他們。

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