17、拜占庭协议在雾/边缘数据管理安全中的可行性分析

拜占庭协议在雾/边缘数据管理安全中的可行性分析

1. 当前解决方案

在雾/边缘数据管理中，为了保障数据的安全性和一致性，有两种主要的解决方案，分别是基于乐观拜占庭容错模型（OBFT）的方案和ByzEc方案。

1.1 OBFT方案

OBFT方案基于乐观拜占庭容错模型。只要使用的数据类型是可交换的，该方法就不需要对操作进行全序排序。其核心思想是，在容忍拜占庭节点的情况下，以任何顺序应用同一组可交换操作都会导致相同的最终状态。这使得可以在不与其他节点同步的情况下进行并发写入，从而显著减少响应时间。

不过，该方案也存在缺点，即读请求只能观察到本地交付的操作，远程并发写入不会即时在本地状态中反映出来。

在OBFT中，拜占庭协议仅用于建立一个公共状态同步点。解决通过状态同步轮次产生的冲突需要一组个体状态，通常涉及以下步骤：
1. 就用于构建最终状态的个体状态集达成拜占庭协议。
2. 根据个体状态集构建最终状态。
3. 根据最终状态解决每个个体副本的不一致问题。

该方案要求计算最终状态的算法满足两个条件：一是算法必须是确定性的，以确保所有非故障副本采用相同的最终状态；二是最终状态必须是有效状态，不应包含拜占庭故障实体（如客户端或副本）引入的更改。然而，由于存在阻塞同步阶段和实现复杂性，该方案并不适合边缘计算。

1.2 ByzEc方案

ByzEc方案采用三层系统模型，由前端和后端组成。后端部署一个BFT集群（运行类似PBFT的协议），作为前端请求的验证服务。前端遵循地理复制系统模型，雾/边缘服务器在地理上分布并完全复制。

客户端应用（如物联