分布式领域重要原理_李孟

一.FLP 不可能性原理

FLP 不可能原理：在网络可靠，存在节点失效（即便只有一个）的最小化异步模型系统中，不存在一个可以解决一致性问题的确定性算法。

提出该定理的论文是由 Fischer, Lynch 和 Patterson 三位作者于 1985 年发表，该论文后来获得了 Dijkstra（就是发明最短路径算法的那位）奖。

FLP 不可能原理实际上告诉人们，不要浪费时间去为异步分布式系统设计在任意场景下都能实现共识的算法。

FLP 原理实际上说明对于允许节点失效情况下，纯粹异步系统无法确保一致性在有限时间内完成。

二.CAP 原理

CAP 原理最早由 Eric Brewer 在 2000 年，ACM 组织的一个研讨会上提出猜想，后来 Lynch 等人进行了证明。

分布式计算系统不可能同时确保一致性（Consistency）、可用性（Availablity）和分区容忍性（Partition），设计中往往需要弱化对某个特性的保证。

一致性（Consistency）：任何操作应该都是原子的，发生在后面的事件能看到前面事件发生导致的结果，注意这里指的是强一致性；

可用性（Availablity）：在有限时间内，任何非失败节点都能应答请求；

分区容忍性（Partition）：网络可能发生分区，即节点之间的通信不可保障。

比较直观地理解，当网络可能出现分区时候，系统是无法同时保证一致性和可用性的。要么，节点收到请求后因为没有得到其他人的确认就不应答，要么节点只能应答非一致的结果。

三.容错界限－DLS论文

我们得出结论：（1）在一个部分同步网络的模型（也就是说：网络延时有界限但是我们并不知道在哪里）下运行的协议可以容忍1/3任意（换句话说，拜占庭）错误，（2）在一个异步模型中的确定性的协议（没有网络延时上限）不能容错（不过这个论文没有提起随机化算法可以容忍1/3的错误），（3）同步模型中的协议（网络延时可以保证小于已知d时间）可以，令人吃惊的，达到100%容错，虽然对1/2的节点出错可以发生的情况有所限制。注意“验证拜占庭”模型是那个值得考虑的模型，而不是“拜占庭”模型；验证的部分基本上意味着我们可以在算法里使用公钥，此行为现在被研究得非常透彻并且已经非常便宜了。

四.拜占庭问题

拜占庭问题更为广泛，讨论的是允许存在少数节点作恶（消息可能被伪造）场景下的一致性达成问题。拜占庭算法讨论的是最坏情况下的保障。

中国将军问题

拜占庭将军问题之前，就已经存在中国将军问题：两个将军要通过信使来达成进攻还是撤退的约定，但信使可能迷路或被敌军阻拦（消息丢失或伪造），如何达成一致。根据 FLP 不可能原理，这个问题无解。

拜占庭问题

又叫拜占庭将军（Byzantine Generals Problem）问题，是 Leslie Lamport 1982 年提出用来解释一致性问题的一个虚构模型。拜占庭是古代东罗马帝国的首都，由于地域宽广，守卫边境的多个将军（系统中的多个节点）需要通过信使来传递消息，达成某些一致的决定。但由于将军中可能存在叛徒（系统中节点出错），这些叛徒将努力向不同的将军发送不同的消息，试图会干扰一致性的达成。

五.可靠性

很多领域一般都喜欢谈服务可靠性，用几个 9 来说事。这几个 9 其实是粗略代表了概率意义上系统能提供服务的可靠性指标，最初是电信领域提出的概念。

指标概率可靠性每年允许不可用时间典型场景

一个九 90% 1.2 个月不可用

二个九 99% 3.6 天普通单点

三个九 99.9% 8.6 小时普通企业

四个九 99.99% 51.6 分钟高可用

五个九 99.999% 5 分钟电信级

六个九 99.9999% 31 秒极高要求

七个九 99.99999% 3 秒 N/A

八个九 99.999999% 0.3 秒 N/A

九个九 99.9999999% 30 毫秒 N/A

一般来说，单点的服务器系统至少应能满足两个九；普通企业信息系统三个九就肯定足够了（大家可以统计下自己企业内因系统维护每年要停多少时间），系统能达到四个九已经是业界领先水平了（参考 AWS）。电信级的应用一般号称能达到五个九，这已经很厉害了，一年里面最多允许五分钟的服务停用。六个九和以上的系统，就更加少见了，要实现往往意味着极高的代价。

科学告诉你什么是不可能的；工程则告诉你，付出一些代价，我可以把它变成可能。

参考：

https://github.com/ethereum/wiki/wiki/Proof-of-Stake-FAQ#what-is-proof-of-stake

https://www.gitbook.com/book/yeasy/blockchain_guide/details

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