14、分布式系统中处理故障的共识算法

分布式系统中处理故障的共识算法

在分布式系统中，处理进程故障时达成共识是一个关键问题。本文将深入探讨分布式共识算法，特别是拜占庭协议问题，介绍相关算法的发展、特点以及一些练习题，帮助大家更好地理解和应用这些算法。

1. 算法起源与发展

许多关于分布式共识的思想起源于Pease、Shostak和Lamport的两篇开创性论文。这两篇论文定义了拜占庭协议问题，并指出该问题是SIFT（软件实现容错）飞机控制系统中出现问题的抽象。它们给出了拜占庭协议所需进程数量的上下界为3f + 1（f为可能出现故障的进程数量），还提出了带认证的协议算法，适用于完全连通图的情况。

后续的研究在这些基础上不断发展。Dolev和Strong开发了类似于FloodSet和OptFloodSet的算法，用于在有认证的情况下解决拜占庭协议问题。Dolev还考虑了非完全连通图中的拜占庭协议问题，并证明了连通性的下界。此外，还有许多研究致力于开发具有“提前停止”特性的算法，以提高算法效率。

2. 重要算法介绍

• EIG树相关算法 ：Bar - Noy、Dolev、Dwork和Strong定义了EIG树数据结构，并提出了EIGByz算法。EIG树在处理拜占庭协议问题中起到了重要作用，相关算法通过构建和处理EIG树来达成共识。
• TurpinCoan算法 ：该算法来自[279]，使用特定的阈值来保证算法的正确性。
• 多项式通信算法 ：Dolev和Strong提供了第一个多项式通信的拜占庭协议算法，后续经过改进，