[論文レビュー] Stabilizing Server-Based Storage in Byzantine Asynchronous Message-Passing Systems

Silvia Bonomi, Shlomi Dolev+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 28, 2015

Distributed systems and fault tolerance参考文献 13被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、一時的障害を伴う非同期メッセージ渡しシステムにおける、初めての自己安定的Byzantine耐性原子読取り/書込みレジスタを提示する。本研究では、有界なシーケンス番号、エポックベースのラベリング、および複数の単一ライターマルチリーダー（SWMR）レジスタを用いて、自己安定的で実用的なマルチライターマルチリーダー（MWMR）原子レジスタを構築し、非同期設定では最大 t < n/8 のByzantineサーバー、同期設定では最大 t < n/3 のByzantineサーバーを耐性可能である。

ABSTRACT

A stabilizing Byzantine single-writer single-reader (SWSR) regular register, which stabilizes after the first invoked write operation, is first presented. Then, new/old ordering inversions are eliminated by the use of a (bounded) sequence number for writes, obtaining a practically stabilizing SWSR atomic register. A practically stabilizing Byzantine single-writer multi-reader (SWMR) atomic register is then obtained by using several copies of SWSR atomic registers. Finally, bounded time-stamps, with a time-stamp per writer, together with SWMR atomic registers, are used to construct a practically stabilizing Byzantine multi-writer multi-reader (MWMR) atomic register. In a system of $n$ servers implementing an atomic register, and in addition to transient failures, the constructions tolerate t

研究の動機と目的

• 一時的障害を伴う非同期Byzantineメッセージ渡しシステムにおける自己安定的原子レジスタの設計。
• 書き込み順序の逆転を排除し、一時的障害後に一貫性を保証すること。
• 単一ライター単一リーダー（SWSR）レギュラー・レジスタを、マルチライターマルチリーダー（MWMR）原子レジスタに拡張すること。
• 従来の研究とは異なり、書き込みの静止状態を仮定しない実用的安定化を達成すること。
• 非同期システムでは最大 t < n/8、同期システムでは最大 t < n/3 のByzantineサーバーを耐性可能とする。

提案手法

• SWSRレギュラー・レジスタにおける書き込み順序の逆転を排除するために、有界なシーケンス番号を用いる。
• 次エポック関数を備えた有界なエポックラベリング方式（K = k² + 1）を採用し、書き込みの全順序を保証する。
• シーケンス番号とエポック比較を組み合わせることで、実用的安定化されたSWSR原子レジスタを構築する。
• 各ライタにタイムスタンプを付与したm個のSWMR原子レジスタのコピーを用いることで、MWMR原子レジスタに拡張する。
• 読み込み操作中の競合を解消するために、最大エポック述語とプロセスIDによる優先順位決定を用いる。
• FIFO、信頼性のある通信リンクに依存し、メッセージの損失、重複、破損がないものと仮定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一時的障害を伴う非同期Byzantineメッセージ渡しシステムにおいて、自己安定的原子レジスタを構築可能か？
• RQ2 書き込みの静止状態に依存せずに、書き込み順序の逆転をどのように排除できるか？
• RQ3 非同期システムと同期システムにおいて、t 個のByzantineサーバーを耐性するための最小サーバー数は何か？
• RQ4 単一ライター単一リーダー・レジスタを、複数のライターやリーダーをサポートする形に拡張しながら、原子性を維持する方法は何か？
• RQ5 操作の静止状態を仮定しない実用的安定化モデルを達成可能か？

主な発見

• 提案されたアルゴリズムは、最初の書き込み操作後に安定化し、Byzantine非同期システムにおいて実用的安定化を達成する。
• 本構成は、非同期システムでは最大 t < n/8 のByzantineサーバー、同期システムでは最大 t < n/3 のByzantineサーバーを耐性可能である。
• 有界なシーケンス番号とエポックベースのラベリングの使用により、正しい書き込み順序が保証され、逆転が防止される。
• 従来の自己安定的Byzantineレギュラー・レジスタが要請する書き込みの静止状態の仮定を回避する。
• MWMR原子レジスタは、各ライタにタイムスタンプを付与したm個のSWMR原子レジスタのコピーと、エポックベースの調整を用いて構築される。
• 一時的障害後、Byzantineサーバーが一時的に一貫性を破壊しても、システムは正しい動作に安定化する。