分布式动态网络拜占庭容错前置动态交互算法研究

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随着分布式网络的大规模应用,分布式系统中的一致性问题越来越为世人所关注。存在恶意节点蓄意破坏的拜占庭将军问题是去中心化的分布式网络所需要解决的重要问题之一,拜占庭将军协议能够在满足一定条件的基础上解决拜占庭将军问题,使得可靠节点之间达成共识。但拜占庭将军协议要求网络中任意两个节点之间都必须建立安全可靠且能够双向通讯的链路,应用条件相对苛刻。十字军协议中提出了一种新的通讯方式,在满足一定条件的基础上,任意可靠节点之间可以通过该种方式建立通讯,实现消息的准确传输。然而遗憾的是,十字军协议中的通讯方式是基于静态网络提出的,很难适用于动态网络。本文提出了一种基于网络中节点信息交互的应用于通讯链路不稳定的分布式动态网络中的一致性协议,以代替十字军协议,使得分布式动态网络中的任意可靠节点之间能够实现消息的准确传输。该动态交互协议可以作为拜占庭将军协议的前置协议,来解决拜占庭将军协议的应用场景受限的问题。为了实现上述协议,本文提出了一个动态交互算法NA(t)和一个连续时间形式的动态交互算法C-NA(t)。设分布式网络中节点总数为n,恶意节点个数上限为m,网络中任意可靠节点能够作为信息发送方而直接接触到的信息接收方的个数和作为信息接收方能够直接接触到的信息发送方的个数中的最小值均不小于正整数k,可以证明,无论分布式动态网络中节点间的连接状况如何变化,当k始终满足关系(?)时,存在一个由m和n确定的正整数(?),算法NA(t)能够保证可靠节点之间传递消息的准确性。类似地,可以证明,无论分布式动态网络中节点间的连接状况如何变化,当k始终满足关系(?)时,存在一个由m和n确定的有理数,当有理数t满足关系(?)时,算法C-NA(t)能够保证可靠节点之间传递消息的准确性。本文给出了以上结论的详细证明过程。通过在分布式网络模型中对上述两种算法的实际运行过程进行模拟,验证了本文结论的准确性。本文的主要贡献在于,提出了一个能够将拜占庭将军协议的应用范围拓展到通讯链路不稳定的分布式动态网络的前置动态交互协议,并给出了两种具体的实现算法,从协议层面解决了拜占庭将军协议应用场景过于理想化的问题。
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