[论文解读] Some Garbage In - Some Garbage Out: Asynchronous t-Byzantine as Asynchronous Benign t-resilient system with fixed t-Trojan-Horse Inputs

Danny Dolev, Eli Gafni|arXiv (Cornell University)|Jul 5, 2016

Quantum Computing Algorithms and Architecture被引用 5

一句话总结

该论文证明，当存在隐藏预言机恶意篡改 t 个输入时，异步 t-拜占庭系统与标准的异步 t-容错系统等价。通过将拜占庭故障建模为输入被破坏而非主动恶意行为，作者表明，现有 t-容错协议可通过输入级篡改模拟拜占庭行为，而无需引入新的拓扑方法，从而证明近期针对拜占庭向量 ϵ-一致性的专门分析是冗余的。

ABSTRACT

We show that asynchronous $t$ faults Byzantine system is equivalent to asynchronous $t$-resilient system, where unbeknownst to all, the private inputs of at most $t$ processors were altered and installed by a malicious oracle. The immediate ramification is that dealing with asynchronous Byzantine systems does not call for new topological methods, as was recently employed by various researchers: Asynchronous Byzantine is a standard asynchronous system with an input caveat. It also shows that two recent independent investigations of vector $ε$-agreement in the Byzantine model, and then in the fail-stop model, one was superfluous - in these problems the change of $t$ inputs allowed in the Byzantine has no effect compared to the fail-stop case. This result was motivated by the aim of casting any asynchronous system as a synchronous system where all processors are correct and it is the communication substrate in the form of message-adversary that misbehaves. Thus, in addition, we get such a characterization for the asynchronous Byzantine system.

研究动机与目标

• 证明异步 t-拜占庭系统与具有 t 个被恶意篡改输入的标准 t-容错系统等价。
• 通过将故障重新定义为输入破坏，消除拜占庭共识中对专用拓扑方法的需求。
• 证明近期关于拜占庭向量 ϵ-一致性的结果是冗余的，因为相同的结果在良性 t-容错模型中同样成立。
• 提供一种仿真协议，仅通过输入级篡改在异步拜占庭系统中模拟 t-移动消息对手。
• 形式化一种模型，其中拜占庭行为通过协作线程推进被中和，而非通过处理器级故障。

提出的方法

• 将拜占庭故障建模为预言机，在执行前篡改最多 t 个处理器的私有输入。
• 将系统表示为从第 1 轮开始的同步 t-移动消息对手（MOB），其中输入在第 0 轮固定。
• 使用通用核心协议，使所有正确节点收敛到一组共享的 n−t 个正确处理器。
• 每个处理器维护一个已接受发送方集合（accept[r]），并通过通用核心协议更新以确保一致性。
• 通过每个处理器基于接收到的消息集合和先前状态本地计算下一状态，来模拟确定性协议。
• 引入后台消息处理循环，跟踪接收到的消息，并仅在对发送方集合达成足够一致后触发状态更新。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以仅通过输入级破坏来模拟异步拜占庭系统，而无需建模主动拜占庭行为？
• RQ2 t-移动消息对手模型是否足以捕捉异步 t-拜占庭系统的表达能力？
• RQ3 为何近期关于拜占庭向量 ϵ-一致性的结果与良性 t-容错模型中的结果相同？
• RQ4 在 t-容错系统中，协作线程推进是否能中和拜占庭故障的影响？
• RQ5 t-拜占庭系统与具有被破坏输入的 t-容错系统之间的等价性是否否定了近期针对拜占庭共识的拓扑方法？

主要发现

• 只要 n > 3t，异步 t-拜占庭模型与具有 t 个被破坏输入的标准 t-容错系统等价。
• 通用核心协议确保所有正确处理器收敛到一组共享的 n−t 个正确处理器，从而支持一致的状态演化。
• 在 t-移动消息对手系统中的确定性协议，可通过所提出的算法在异步拜占庭系统中完全仿真。
• 该等价性意味着拜占庭模型与良性模型中的向量 ϵ-一致结果完全相同，因此近期对拜占庭 ϵ-一致性的拓扑分析是不必要的。
• 该模型将故障模型从主动拜占庭行为转变为被动输入破坏，简化了分析，并消除了对新拓扑工具的需求。