在上一篇文章中，我們介紹了 DEXON 的特點：交易確認時間短、吞吐量高，而且具備鏈上隨機數。在這篇文章中，我們將聚焦在 DEXON 的核心技術——「拜占庭協議 (Byzantine agreement)」，並且說明拜占庭協議如何幫助 DEXON 成為一條快速又可靠的區塊鏈！
拜占庭將軍問題 (The Byzantine Generals Problem)
在開始之前，我們先來回顧一小段歷史。
拜占庭協議最早是由圖靈獎得主 Leslie Lamport 於 1982 年所提出。當時，Lamport 為了讓大家更容易了解問題的設定，他利用「三位拜占庭將軍遇到的困境」來說明電腦之間要能達成共識的困難程度。
想像一下：有三位將軍已經圍繞在一座城池都周圍，他們的目標是要共同決定「是否要進攻城池」。如果決定要進攻，那麼大家都得一同進攻；如果決定要撤退，大家也必須要一起撤退。但是有一個限制：他們沒辦法三個人聚在一起面對面討論，只能一個一個透過書信溝通。
如果三位將軍都是忠誠、不會騙人的，那麼他們只需要把自己的決定寫在信上，分別寄給其他兩位將軍。等到收到大家的訊息後，再加上自己的一票，取個多數決就可以了。以下圖而言，兩位將軍決定進攻，一位將軍決定撤退，那麼最後的結果就會是進攻。
然而現實總是殘酷的。軍隊中有些將軍可能會背叛大家，並且企圖使忠誠的將軍彼此分裂。比方說，他可以傳送不一致的訊息給不同將軍。以下圖而言，背叛者傳送「進攻」給上方的將軍，但傳送「撤退」給左邊的將軍。如果將軍們只是單純把收到的訊息取多數決，那麼就無法成功達成共識。
所以問題來了：「即使有些將軍可能會背叛大家，那些忠誠的將軍要如何讓彼此達成共識呢？」在實際應用當中，一個系統中每一台電腦就像是一位將軍，他們想要針對一個問題達成共識。然而，這些電腦當中，可能因為硬體故障或是遭受攻擊，導致電腦傳送錯誤或是不一致的訊息。在電腦科學中，用來處理這樣問題的方法，就稱為「拜占庭協議」。
區塊鏈中的拜占庭將軍問題
「哪一個區塊最終可以接上主鏈呢？」這個問題是區塊鏈共識演算法要解決的核心問題。
因此，我們可以這樣用區塊鏈的語言來重述拜占庭將軍問題：每一位礦工（或是出塊候選者）就是一位將軍，他們分別持有他們自己的區塊，而每一位礦工的區塊就像是否進攻的決定。他們希望藉由拜占庭協議來共同決定哪一個區塊可以接上主鏈。而攻擊者就像是背叛大家的將軍，企圖使大家認定不同的區塊，進而使區塊鏈分岔。
DEXON 的拜占庭協議
即使有攻擊者企圖分岔或竄改歷史，一個安全的區塊鏈仍必須要確保「每一位使用者都能看到一樣的主鏈」，而不會輕易地因為惡意攻擊而讓共識瓦解。那麼，DEXON 是如何在有惡意節點的情況下，依然能夠讓每一位使用者達成共識呢？關鍵就在 DEXON 的「拜占庭協議」。
經過了二十多年的發展，人們已經有許多可以抵抗攻擊者的拜占庭協議。不過有些協議效率不佳，有些協議對網路的品質要求很高。而 DEXON 的拜占庭協議除了繼承對攻擊者的抵抗性之外，還有兩個重要的特性可以讓 DEXON 更快更安全。接下來就讓我們來看看這兩個特性分別說了什麼吧！
即時反應 (Responsiveness)
許多區塊鏈都會用一個時間參數來確保安全性。比方說，比特幣設定平均每一塊的間隔是 10 分鐘，而以太坊則是 15 秒。如果隨意降低這些時間參數，就會影響區塊鏈的安全性，甚至使區塊鏈分岔。但是，維持安全的時間參數卻有個副作用：就算網路傳輸速度超級快，電腦的計算效能也超級高，整個區塊鏈網路還是要等到規定的時間後才能出下一塊（在比特幣和以太坊中，時間參數是決定「平均」出塊間隔）。
於是一個很自然的問題來了：「是否有可能創造一個區塊鏈系統，它的運行速度只取決於實際的網路延遲，而不受限於任何的時間參數呢？」
答案是肯定的！DEXON 的拜占庭協議的第一個特性就是「即時反應」。即時反應代表系統可以在不破壞安全性的前提下，運行速度只取決於實際的網路延遲，完全不需額外的等待時間。
那麼 DEXON 是如何同時即時反應又維持安全性呢？簡單來說，DEXON 會事先排好一個出塊者的清單，這個清單每一個小時都會重新選取，而且每一個符合資格的出塊者都會有相等的機會可以出塊。在網路運作正常的時，大家會依照這個清單，每個驗證者只要收到合法的出塊者所產生的區塊，就會立刻驗證其中的交易。一旦驗證成功，驗證者就會立刻將成功的訊息發布在網路上。以上的所有步驟都不需等待任何時間參數，只要收到訊息、完成驗證，馬上就可以進行下一個步驟，這就是 DEXON 擁有超高效率的原因。
網路容錯 (Partition-Resilient)
前段提到在網路運作正常的時，DEXON 可以即時反應，那麼當網路故障時，DEXON 又會發生什麼事呢？這就要提到 DEXON 的拜占庭協議第二項重要的特性——「網路容錯」。網路容錯保證了「在所有的網路故障情況下，安全性都能維持。」
我們是如何做到的呢？在分散式系統的研究中很有名的 CAP 定理宣稱「任何的分散式系統都無法同時達成『一致性 (consistency)』、『可取得性 (availability)』與『網路容錯 (partition-tolerance)』三個特性。」由於區塊鏈的安全性最重要的一點，就是要確保大家能夠看到一樣的主鏈，因此「一致性」在任何情況下都不能犧牲。因此，在網路狀況不佳時，演算法會優先選擇一致性與網路容錯。
雖然當今的網路已經十分穩定，我們還是得提防可能發生的故障（比方說海底電纜斷裂或是雲端服務重啟）。所以，當網路故障超過容忍範圍時，DEXON 就會自動暫停。而當網路恢復時，演算法就會自動重新啟動，完全不需要其他外部的資訊，或者社群的共識。
DEXON 是第一個在同步網路之下，同時具有即時反應與網路容錯的拜占庭協議。有了這兩個特性，在網路運作正常之下，DEXON 擁有超高的效率；在網路故障時，DEXON 又能維持安全，並且在網路恢復後迅速重啟，恢復正常。
在下一篇文章中，我們將探討 DEXON 能夠達成去中心化，支援上千個節點同時運作的核心技術，其中包括：
1. 什麼是「DEXON 的抽籤 (sortition) 機制」？
2. 什麼是「時段 (epoch) 轉換機制」？
3. 公證群是如何選取的？
Noxed 是什麼？
Noxed 是由 DEXON 基金會所製作的全新區塊鏈學習系列，我們將以文字、影片或圖像的方式來闡述 DEXON 的來龍去脈。如果你希望看到更多 DEXON 技術相關的主題，請在留言中告知我們。
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