13、分布式共识：原理、挑战与解决方案

分布式共识：原理、挑战与解决方案

1. 引言

在分布式计算领域，共识问题有着广泛的应用。为了更好地理解共识问题，下面先介绍几个具体的例子：
- 领导者选举 ：在一个由多个进程组成的网络中，每个进程都有自己的领导候选人提议，最终需要选出一个领导者，这个结果要反映每个进程的最终决策。
- 银行转账 ：Alice 要从她在拉斯维加斯的储蓄账户向爱荷华市的支票账户转账 1000 美元。这个交易包含两个操作：借记 1000 美元和贷记 1000 美元，分别由两个不同的服务器处理。交易必须是原子性的，否则会导致严重问题，因此这两个服务器需要就交易是执行还是取消达成一致。
- 传感器测量 ：五个独立的传感器测量熔炉的温度 T，每个传感器检查 T 是否大于 1000°C。有些传感器可能有故障，但不知道哪些有问题。正常的传感器需要就“T > 1000°C”这个条件的真假达成一致，以便决定下一步的行动。
- 时钟同步 ：在网络的不同地理位置，有一组以相同速率运行的相位时钟。将其视为一个共识问题，初始的相位值是各个本地读数（可能是任意的），但最终的相位必须相同。

在没有故障的情况下，共识问题相对简单。但本章主要研究在存在故障的情况下的分布式共识问题。该问题可以表述为：一个分布式系统包含 n 个进程 {0, 1, 2, …, n - 1}，每个进程在一个共同认可的域中有一个初始值。目标是设计一个算法，使得即使出现故障，进程最终也能就一个不可撤销的最终决策值达成一致，这个值需要满足以下三个条件：
- 终