Definition „PBFT-Konsensalgorithmus“ Was ist Practical Byzantine Fault Tolerance?

Practical Byzantine Fault Tolerance ist ein Konsensmechanismus, der unter anderem bei der Validierung neuer Blöcke für eine Blockchain-Anwendung genutzt wird. Dieser verwendet in der Regel Teilnehmer mit registrieren Identitäten sowie redundante Abstimmungen für die Validierung neuer Blöcke, sodass Angreifer eine relativ hohe Einstiegshürde haben und schnell auffliegen.

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Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) ist ein Konsensmechanismus, der mithilfe redundanter Abfragen eine erhöhte Toleranz gegen fehlerhafte oder manipulierte Nachrichten in einem Netzwerk aufbauen soll. Ziel ist es, dass z. B. Blockchains auch dann verlässlich arbeiten können, wenn eine gewisse Anzahl byzantinischer Fehler auftritt.

Korrektes Arbeiten trotz fehlerhafter Signale

Die byzantinische Fehlertoleranz ist ein Ansatz, bei dem man davon ausgeht, dass nicht unbedingt alle Nachrichten, die innerhalb eines Systems versendet werden, frei von Fehlern sind. Diese Fehler können zum Einen bewusst manipulierte Nachrichten sein, z. B., wenn ein Angreifer bewusst falsche Informationen verbreitet. Zum Anderen kann es sich um fehlende Nachrichten handeln, weil diese z. B. während des Transports verloren gegangen sind (Paketverlust durch schlechte Internetverbindung etc.).

Ein System wie Blockchain, welches verteilt arbeitet und darauf aufbaut, dass sich die Teilnehmer auf einen korrekten Stand einigen, muss auch dann zuverlässig arbeiten können, wenn ein gewisser Anteil der Kommunikation unbrauchbar wird. Diese Fehlertoleranz ist daher oft fest in solchen Systemen verankert.

Redundante Abstimmungen

Die praktische byzantinische Fehlertoleranz nutzt redundante Abfragen, um das System robuster gegenüber fehlerhaften, fehlenden und bewusst manipulierten Nachrichten zu gestalten. Realisiert wird das für auf Blockchain basierenden Systemen, indem die Validierung bzw. die Genehmigung über das Anhängen eines neuen Blocks als Abstimmungsverfahren mit mehreren Runden abläuft.

Im Netzwerk gibt es auserwählte Personen, die zum Validieren neuer Blöcke berechtigt sind. Jeder dieser Teilnehmer hat pro Runde eine Stimme. Damit wählt er einen von mehreren zur Wahl stehenden Blöcken, nämlich den, den er als valide betrachtet. Nachdem die Abstimmung ihre vorgeschriebenen Runden durchlaufen hat, bildet sich ein Konsens darüber, welcher Block von den Validatoren als gültig erachtet wurde.

Dieser Block darf anschließend Teil der Blockchain werden. Durch das wiederholte Abfragen sollen verloren gegangene oder manipulierte Stimmen auffallen bzw. es kann ein gewisser Anteil an Fehlern toleriert werden, da sich in der Gesamtsumme dennoch ein vertrauenswürdiger Konsens abzeichnet.

Registrierte Identitäten

Es ist Teil der Practical Byzantine Fault Tolerance, dass die Teilnehmer mit einer realen, vertrauenswürdigen Identität verknüpft werden. Hierfür kann die Identität der Teilnehmer auch fest an einer zentralen Stelle registriert sein, sodass Identitäten und Transaktionen exakt verfolgt werden können. Durch das registrieren einer echten Identität steigt die Hemmschwelle, bewusst manipulierte Informationen in das System einzubringen. Es wird davon ausgegangen, dass die Teilnehmer nicht ihren Ruf aufs Spiel setzen möchten, um manipulierte Nachrichten zu versenden, die zu ihnen zurückverfolgt werden können.

PBFT in der Praxis

Der Mechanismus kommt vornehmlich in Konstellationen zum Einsatz, in denen es kein Problem darstellt, dass die teilnehmenden Knoten und Personen bekannt sind. Diese Herangehensweise wird z. B. von Hyperledger unterstützt. Allgemein ist der Ansatz vor allem dort praktisch, wo es um nachvollziehbare Transaktionen und Handlungen geht, z. B. innerhalb einer Firma oder einer Organisation.

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