拜占庭将军问题：如何在互不信任的环境下，达成有效共识？

想全面了解区块链，就必须了解拜占庭将军问题，这也是区块链共识机制所要解决的核心问题之一。

为了便于大家理解，先说一段我曾经的职场经历。

刚从大学毕业不久，我到了一家郭企子公司做业务。我所在部门一共6个人，5位普通员工，1位主管。主管老P是个职场老油条，最擅长欺下瞒上，暗地里做了不少见不得人的勾当，但公司却毫不知情。

终于有一天，同事小W看不下去了，把我们5个人聚在一起说：“后天的例会上，我要向领导揭发老P，到时候我牵头发言，你们附和就行，怎么样？”

年轻气盛的我早就看老P不顺眼，于是第一个答应：没问题！其他3位互相看了看，也点点头说：好吧。由此，我们达成了所谓的“共识”。

例会上，小W义正言辞的控诉老P六大罪状，我也跟着附和了几句，但万没想到的是，另外3人却背叛了我们。

他们一边和稀泥，一边为老P说话：他这么做也是为公司好，年轻人要体谅老同志嘛！小W当时脸都绿了，我的内心也有一万匹草泥马呼啸而过......

随后，我俩就从公司离职了。

这段悲惨的职场经历，其实就是个典型的“拜占庭将军问题”。

拜占庭将军问题的提出

拜占庭将军问题，是由美国计算机学家莱斯利•兰伯特于上世纪80年代提出的，本质上描述的是信息传递中的信任问题。

中世纪的拜占庭帝国富得流油，周围10个邻邦国垂诞不已。但拜占庭固若金汤，任何一个邻邦单独入侵必定失败，同时也有可能被其他9个邻邦趁机入侵。由于拜占庭帝国城防坚不可摧，10个邻邦中至少要有6国同时参与进攻，才可能攻破。

拜占庭问题假设将军们通过“信使”传达进攻信息，而非点对点直接通信。

假如一个或几个邻邦答应一起进攻，但最后却出现叛徒（就好像上面我那个职场的例子），那么进攻者就会被拜占庭全部歼灭。虽然邻邦的将军都想攻进拜占庭，但他们面临共同的困扰，就是不确定中间是否有叛徒，因为叛徒可以擅自改变、伪报进攻或撤退的命令。

问题来了，如果每个城邦向其他九个城邦派出一名信使，意味着这十个城邦每个都派出了九名信使，也就是在任何一个时间，都有总计九十次的信息传输，并且每个城市分别收到九条信息，可能每一条都写着不同的进攻时间。

而如果叛徒想要破坏原有的约定时间，就会自己修改相关信息，然后发给其他城邦以混淆视听，遵循错误信息的城邦将重新广播一条错误信息链，原本正确的信息链，会随着他们所发送的错误信息，变成攻击时间与攻击指令相互矛盾的纠结体。

于是，每个邻国的将军都疑神疑鬼，彼此无法达成有效共识——这就是拜占庭将军问题。

解决问题的终极方法：区块链共识机制

我们可以把这些邻国，看成一个由互不信任的多个节点组成的分布式网络。

解决拜占庭问题的传统方法主要有两种：口头协议算法、书面协议算法。但这两种算法都存在显著的缺陷，前者无法做到信息的溯源，后者无法解决信息传输延时、签名记录中心化存储的问题。

直到密码学家中本聪的出现，困扰多年的拜占庭将军问题才得以解决。

其实中本聪只做出了一个简单的变化，即在发送信息的过程中引入了“成本”，并加入了一个随机元素，以保证在一个时间只有一个城邦可以进行广播。

这个所谓的“成本”就是“工作量证明”（即挖矿），并且工作量证明是基于计算一个随机哈希值。任何节点（城邦）必须完成一个计算工作之后，才能向其他节点传播消息，谁第一个完成工作，谁最先传播消息。当某节点发出“进攻”的消息后，各个节点收到消息猴必须签名盖章，确认各自的身份。在这里，中本聪又引入了“非对称加密”技术为信息签名。

我们在之前的文章中提到过过非对称加密，讲过私钥和公钥。简单来说，凭借非对称加密技术，可以有效保护消息内容, 让消息接收者能够确定发送方的身份。

比如，将军A给将军B发送进攻消息，为防止消息泄露，将军A只需要用B的公钥为信息加密，然后B用只有他自己才能使用的私钥解密，验证有效哈希值和附加的签名和时间戳信息即可。将军B可以写一段”签名文本“来证明自己的身份，用私钥签名并广播出去，其他城邦可用B的公钥来验证该签名，确定B的身份。

随后，将军B发给将军C时，会在原来的消息上加入将军B已查阅该信息的记录，并加盖时间戳。其他将军接受消息后，重复此流程直至所有城邦都收到消息。

如果叛徒想要修改进攻信息，其他城邦会立刻识到无法通过加密技术验证的异常信息，同步的虚假信息将不被认可。而且叛徒无法破坏10个城邦中的至少6个，也就是无法破坏大部分的节点，这样信息的一致性就得到了保证。

由此，一个不可信的分布式网络变成了一个可信的网络，所有的参与者可以在某件事在达成共识。

区块链的共识机制通过不断同步各个节点的信息，使得各分布式节点之间达成一种平衡，保证了绝大多数节点的一致性，即达成了共识。这就是区块链共识机制为何如此的特别和关键，它是区块链技术最核心的解决方案。

下次，我们将聊聊区块链共识机制的发展与变迁。