拜占庭将军算法
基于投票机制的拜占庭容错共识算法
基于投票机制的拜占庭容错共识算法作者：王海勇郭凯璇潘启青来源：《计算机应用》2019年第06期摘要：针对现有的区块链中实用拜占庭容错（PBFT）共识算法、基于动态授权的拜占庭容错（DDBFT）共识算法、联盟拜占庭容错（CBFT）共识算法普遍存在能耗高、效率低、扩展性差等问题，通过引入投票机制，提出了基于投票机制的拜占庭容错（VPBFT）共识算法。
首先，以PBFT算法为基础，将网络中的节点划分为四类具有不同职责的节点。
其次，算法中的投票节点具有投票和评分权，监督生产节点诚实可靠地生产数据块;生产有效的数据块的生产节点优先进入下一轮，候选节点能够被选为生产节点，而普通节点则能够成为投票节点或候选节点。
最后，不同类型的节点之间具有一定的数量关系，能够在不同类型节点的数目或网络中的节点总数发生变化时动态调整参数，从而使得算法适应动态网络。
通过性能仿真分析可知，VPBFT算法相较于PBFT、 DDBFT、CBFT等共识算法，具有低能耗、低时延、高容错性和高动态性。
关键词：区块链;拜占庭容错;投票机制;共识算法;数据块中图分类号： TP301.6文献标志码：AAbstract： Focusing on the problems of high energy consumption， low efficiency and poor scalability of Practical Byzantine Fault Tolerance （PBFT） consensus algorithm， Dynamic authorized Byzantine Fault Tolerance （DDBFT） consensus algorithm and Consortium Byzantine Fault Tolerance （CBFT） consensus algorithm existed in the blockchain， Practical Byzantine Fault Tolerant consensus algorithm based on Voting （VPBFT） was proposed by introducing voting mechanism. Firstly， based on PBFT algorithm， the nodes in the network were divided into four types of nodes with different responsibility. Secondly， the voting nodes in the algorithm had voting and scoring rights to supervise the production nodes to produce data blocks honestly and reliably，the production nodes producing valid data blocks had priority to be selected into next turn， while the candidate nodes were able to be voted as production nodes， and the ordinary nodes were able to be voted as production nodes or candidate nodes. Finally， different types of nodes had a certain quantity relationship between themselves， which means the parameters were able to be dynamically adjusted when the number of different types of nodes or the total number of nodes in the network changed， so that the algorithm was able to adapt to the dynamic network. Through performance simulation analysis， the proposed VPBFT algorithm has low energy consumption， short delay，high fault tolerance and high dynamicity compared with consensus algorithms such as PBFT，DDBFT and CBFT.Key words： blockchain; Byzantine Fault Tolerance （BFT）; voting mechanism; consensus algorithm; data block0 引言自2008年“一種完全通过点对点技术实现的电子现金货币”（即比特币）[1]被提出起，区块链技术正一步一步地得到重视。
一种区块链实用拜占庭容错算法的改进
２２７
Hale Waihona Puke ２０世纪 ８０年代，ＬｅｓｌｉｅＬａｍｐｏｒｔ等通过拜占庭将 军问题提出了著名的拜占庭容错（ＢｙｚａｎｔｉｎｅＦａｕｌｔＴｏｌ ｅｒａｎｃｅ，ＢＦＴ）算法。与 Ｂｉｔｃｏｉｎ的 “挖矿”工作量证明 ＰＯＷ 共识算法不同，ＢＦＴ类协议通过各个节点相互发 送消息对提案和指令达成最终统一的共识结果，然而 正是由于这些特点造成了节点之间消息递归传递呈指 数级复杂度，加上节点的加入和退出这一步骤需要进 行特殊处理，ＢＦＴ算法并不太具有实际操作性。虽然 这一算法存在很多缺点，但是它在解决拜占庭问题上 给出了一种新型的思路，不像 ＰＯＷ 那样消耗大量的公 共电力资源，为后来实用性拜占庭容错算法 ＰＢＦＴ的 出现作了铺垫。
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｃｏｎｓｅｎｓｕｓａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｏｆｔｈｅＢｌｏｃｋｃｈａｉｎｃｏｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＰｒａｃｔｉｃａｌＢｙｚａｎｔｉｎｅｆａｕｌｔ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ（ＰＢＦＴ） ｉｓａｃｏｎｓｅｎｓｕｓａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄ ｃｏｎｓｅｎｓｕｓｉｎ ａｌｌｉａｎｃｅｃｈａｉｎ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｄｕｅｔｏｉｔｓｈｉｇｈ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｌｏｗｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔａｎｄｈｉｇｈｌａｔｅｎｃｙ，ｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｃｏｎｓｅｎｓｕｓｉｓｌｏｗ．Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｓｅｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｗｅｐｒｏｐｏｓｅ ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｃｏｎｓｅｎｓｕｓａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄｏｎＰＢＦＴ（ＩＰＢＦＴ）．Ｗｅｒｅｄｕｃｅｄｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｓｅｒｖｅｒｓｅｘｅｃｕｔｉｎｇｒｅｑｕｅｓｔｓｂｙ ｓｅｐａｒａｔｉｎｇｎｅｇｏｔｉａｔｉｏｎａｎｄｅｘｅｃｕｔｉｏｎｎｏｄｅｓ．Ｔｈｅｓｅｌｆｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｗａｓａｄｄｅｄｔｏｔｈｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙｐｒｏｔｏｃｏｌ，ａｎｄ ｔｈｅｈｅａｒｔｂｅａｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄｔｈｅｌｏｎｇｅｓｔｃｈａｉｎｅｌｅｃｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｎｏｄｅ ｅｌｅｃｔｉｏｎ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｓｈｏｗ ｔｈａｔＩＰＢＦＴ ｈａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ｔｅｒｍｓｏｆｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔａｎｄｌａｔｅｎｃｙ，ａｎｄｉｔｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．
共识算法的作用
共识算法的作用
共识算法的作用主要是确保分布式系统中的节点在进行某些操作时达
成一致。
在分布式系统中，可能有多个节点在同时对系统进行操作，
而这些节点之间的通信存在延迟、不可靠和不同步等问题，因此可能
会导致系统数据的不一致性。
共识算法旨在解决这些问题，确保系统
所有节点对某个特定的操作所达成的结论是一致的，从而保持数据的
完整性。
共识算法的应用范围非常广泛，例如在区块链技术中，共识算法被用
来解决“双花”问题，即同一笔数字货币被同时花费的问题。
在这种
情况下，共识算法可以使所有节点都同意一笔交易是否有效，从而避
免了“双花”问题的产生。
此外，共识算法还被广泛应用于分布式数据库系统、分布式文件系统、分布式存储系统、云计算平台等各种分布式应用领域。
例如，在分布
式数据库系统中，共识算法可以确保多个节点对某个关系型数据库的
修改操作是一致的，从而避免了数据冲突和损坏的问题。
在实际应用中，共识算法往往包括多种不同的实现方式，例如拜占庭
将军问题算法、Raft算法、Paxos算法等。
每一种实现方式都有其独
特的优势和适用场景，需要根据具体应用场景的需求来选择不同的算
法。
总之，共识算法是保障分布式系统中数据一致性的关键技术之一，其应用范围非常广泛，已经成为了分布式计算领域不可或缺的一部分。
基于信誉值的实用拜占庭容错改进算法研究
2022年5月25日第6卷第10期现代信息科技Modern Information TechnologyMay.2022 Vol.6 No.1016基于信誉值的实用拜占庭容错改进算法研究王启河（华北电力大学 控制与计算机工程学院，河北 保定 071003）摘 要：共识问题是区块链中的核心问题，针对联盟链常用的实用拜占庭容错算法（PBFT ）中主节点选取随意、网络通信量大、公平性较低等问题，提出一种基于信誉值的PBFT 改进算法。
首先改变信誉值主节点选取方式，然后优化共识流程，节点的累计信誉作为判断达成共识的条件。
达成共识时没有参与共识过程的节点或恶意节点的信誉值降低，降低的信誉值均分给成功参与共识的节点。
经过多次共识后，故障或恶意节点对共识的影响变小，提高了算法的公平性。
关键词：联盟链；实用拜占庭容错算法；共识机制；信誉值；公平性中图分类号：TP311.5文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）10-0016-05Research on Improved Algorithm of Practical Byzantine Fault Tolerance Based onReputation ValueWANG Qihe(School of Control and Computer Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China)Abstract: The consensus problem is the core problem in the blockchain. In view of the problems of arbitrary master node selection, large amount of network communication and low fairness of the Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT), which is commonly used in coalition chains, an improved algorithm of PBFT based on reputation value is proposed. Firstly, it changes the selection mode of reputation value master node. Then the consensus process is optimized, and the accumulated reputation of nodes is used as a condition to judge reaching consensus. The reputation value of nodes that do not participate in the consensus process or malicious nodes is reduced when consensus is reached, and the reduced reputation value is equally distributed to the nodes that successfully participate in consensus. After multiple consensus, the impact of the fault or malicious node on the consensus becomes small and the fairness of the algorithm is improved.Keywords: coalition chain; practical Byzantine fault tolerant algorithm; consensus mechanism; reputation value; fairness0 引 言近2008年中本聪[1]提出一种点对点的电子现金系统即比特币，使得区块链底层技术得到了社会广泛关注。
检测型的联盟区块链共识算法d-PBFT
2021‑03‑10计算机应用,Journal of Computer Applications 2021,41(3):756-762ISSN 1001‑9081CODEN JYIIDU http ：//检测型的联盟区块链共识算法d -PBFT刘宇1，2，朱朝阳2，3，李金泽1，2，劳源基1，2，覃团发1，2*（1.广西大学计算机与电子信息学院，南宁530004；2.广西多媒体通信与网络技术重点实验室（广西大学），南宁530004；3.华南理工大学电子与信息学院，广州510641）（∗通信作者电子邮箱tfqin@ ）摘要：联盟区块链通常都会采用严格的身份准入机制，但然而该机制不能完全保证联盟网络中不会混入拜占庭恶意节点，也不能担保现有的联盟成员节点一定不会被第三方敌手劫持利用。
针对这类问题，提出了一种能够监控节点状态的检测型实用拜占庭容错（d -PBFT ）共识算法。
首先，选举主节点并校验主节点的其状态，以保证选举出来的主节点从未有过作恶历史；然后，经历“预准备—准备—提交”的共识三阶段过程，尝试来完成客户端提交的共识请求；最后，会根据三阶段完成的情况对主节点的状态进行评估，将有故障或作恶行为的主节点标记出来，并将作恶的主节点加入到隔离区等待处理。
该算法在容忍一定数量拜占庭节点的基础上还能随时监控各个节点的状态，并对恶意节点能够进行隔离，从而降低恶意节点对整个联盟系统的不良影响。
实验结果表明，采用d -PBFT 算法的网络拥有较高的吞吐量和较低的共识时延，并且在联盟网络中有拜占庭节点的情况下相较原实用拜占庭容错（PBFT ）算法的共识生成量提升了26.1%。
d -PBFT 算法不仅提高了联盟网络的健壮性，还进一步提升了网络的吞吐量。
关键词：联盟区块链；拜占庭错误；节点监控；检测型实用拜占庭容错共识算法；吞吐量中图分类号：TP311文献标志码：Ad -PBFT ：detection consensus algorithm for alliance blockchainLIU Yu 1，2，ZHU Chaoyang 2，3，LI Jinze 1，2，LAO Yuanji 1，2，QIN Tuanfa 1，2*（1.School of Computer ，Electronics and Information ，Guangxi University ，Nanning Guangxi 530004，China ；2.Guangxi Key Laboratory of Multimedia Communications and Network Technology （Guangxi University ），Nanning Guangxi 530004，China ；3.School of Electronic and Information Engineering ，South China University of Technology ，Guangzhou Guangdong 510641，China ）Abstract:There is an identity authentication mechanism in alliance blockchain ，but even by using the mechanism ，Byzantine malicious nodes still exist in the network ，and the member nodes in the alliance may be controlled and utilized bythe third -party enemies.To solve these problems ，a detection -Practical Byzantine Fault Tolerance （d -PBFT ）consensus algorithm that can monitor the node states was proposed.Firstly ，the primary node was elected and the its state was checked to ensure that the elected primary node never be malicious before.Secondly ，the consensus request submitted by the client was executed through the three -stage consensus process “pre -prepare -prepare -commit ”.Finally ，the primary node state was assessed according to the three -stage achievement state.If primary node was unstable or malicious ，it would be marked ，and the malicious node would be added to the quarantine to wait for processing.In this algorithm ，based on tolerating a specific number of Byzantine nodes ，every node state was monitored all the time and the malicious nods would be isolated.Inthis case ，the bad impact of malicious nodes on the alliance would be reduced.Experimental results show that the network with d -PBFT algorithm has high throughput and low consensus delay ，and the consensus generation amount of the algorithm is 26.1%more than that of Practical Byzantine Fault Tolerance （PBFT ）algorithm when alliance network includes Byzantinenodes.The d -PBFT algorithm not only improves the robustness of alliance network ，but also improves the network throughput.Key words:alliance blockchain;Byzantine error;node monitoring;detection -Practical Byzantine Fault Tolerance (d -PBFT)consensus algorithm;throughput0引言在用户的信息安全方面，为了保证用户数据的完整性和隐私性，本文将区块链技术应用到其中。
区块链课程11.共识层：区块链常用共识算法介绍
目录1. 共识算法的分类 (1)1.1. 概率一致性算法 (1)1.2. 绝对一致性算法 (2)2. 区块链项目中常用的共识算法 (2)2.1. 工作量证明（Proof-of-Work, PoW） (2)2.2. 权益证明（Proof of Stake, PoS） (4)2.3. 权益授权证明(DPoS) (5)2.4. 实用拜占庭容错(PBFT) (6)2.5. PoW + PoS (7)3. 小结 (7)1. 共识算法的分类共识算法解决的是对某个提案（Proposal），大家达成一致意见的过程。
根据要解决的问题是普通错误还是拜占庭将军问题，将共识算法分为CFT（Crash Fault Tolerance）和BFT（Byzantine Fault Tolerance）。
CFT已有一些经典的解决算法，包括Paxos、Raft及其变种等。
在传统的分布式网络中，各个节点也不会因为贪图利益故意伪造信息，很多情况下是由于网络的原因而掉线或发送错误消息。
因此传统分布式系统中均使用CFT类共识算法。
而BFT则是在区块链系统中常用的共识算法。
根据算法采取的策略，BFT类算法可以被分为两大类，即概率一致性算法和绝对一致性算法。
回顾CAP 原理，两类算法的区别在于对可用性和一致性之间的平衡：概率一致性算法保证了系统的可用性而牺牲了系统的一致性，绝对一致性算法则与之相反，保证了系统的一致性而牺牲了系统的可用性。
1.1. 概率一致性算法概率一致性算法指在不同分布式节点之间，有较大概率保证节点间数据达到一致，但仍存在一定概率使得某些节点间数据不一致。
对于某一个数据点而言，数据在节点间不一致的概率会随时间的推移逐渐降低至趋近于零，从而最终达到一致性。
例如工作量证明算法（Proof of Work, PoW）、权益证明算法（Proof of Stake, PoS）和委托权益证明算法（Delegated Proof of Stake, DPoS）都属于概率一致性算法。
结合BLS聚合签名改进实用拜占庭容错共识算法
机制被提出，如 ＰｏＷ［５］、ＰｏＳ［６］、ＤＰｏＳ［７］、ＤＡＧ［８］等。 按照区块链开放程度和应用场景进行划分主要分为私有
链、公有链和联 盟 链 ［９］三 大 类。 私 有 链 是 指 权 限 仅 在 一 个 组 织或机构范围内的区块链，一般用于某个中心化机构。私链的 共识算法运用的是传统分布式系统里的共识算法，主要代表的 共识算法有 Ｐａｘｏｓ［１０］、Ｒａｆｔ［１１］等，这类算法不会考虑拜占庭容 错问题 ［１２，１３］，一般只 考 虑 因 为 节 点 自 身 以 及 网 络 原 因 导 致 的 故障（如节点宕机、网络故障等因素）而不考虑集群中会有恶 意节点的情况；公有链在这三种类别的链中属于去中心化程度 最高的链，耳熟能详的公有链包括比特币、以太坊［１４］等，公有 链允许每个参与者查看链上的信息，公有链最著名的共识算法 为工作量证明（ｐｒｏｏｆｏｆｗｏｒｋ，ＰｏＷ），而 ＰｏＷ 这种共识算法有浪 费能源、性能低下的缺点；联盟链指的是由一定数量的组织和 机构通过联盟的方式构建的一条链，仅对特定的组织和机构开 放，最著名的项目由多家国际银行和金融机构组成的区块链联 盟 Ｒ３和 ＩＢＭ 的超级账本（ＨｙｐｅｒＬｅｄｇｅｒ［１５］），联盟链最常用的
ＩｍｐｒｏｖｅｄｐｒａｃｔｉｃａｌＢｙｚａｎｔｉｎｅｆａｕｌｔｔｏｌｅｒａｎｔｃｏｎｓｅｎｓｕｓａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈＢＬＳａｇｇｒｅｇａｔｉｎｇｓｉｇｎａｔｕｒｅ
ＣｈｅｎＪｉａｗｅｉ，ＸｉａｎＸｉａｎｇｂｉｎ，ＹａｎｇＺｈｅｎｇｕｏ，ＬｉｕＷｅｎｙｉｎ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒｓ，ＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０００６，Ｃｈｉｎａ）
ｎ，ｄ〉，ｓ，ｍ〉广 播 给 其 余 的 副 本 节 点，其 中，ｖ为 视 图 编 号，ｎ为
共识算法概念
共识算法（Consensus Algorithm）是分布式计算领域中的一个重要概念，用于确保分布式系统中的各个节点之间就某个共同的状态或值达成一致。
共识算法的目标是解决分布式系统中的数据一致性和节点故障恢复等问题。
以下是共识算法的基本概念：一致性：共识算法的核心目标是确保在分布式系统中的所有节点之间达成一致的数据状态。
这意味着无论发生什么情况，系统的不同节点都应该能够就某个值或状态达成一致意见。
容错性：共识算法需要考虑分布式系统中可能出现的节点故障、网络分区和消息丢失等问题。
因此，它通常包括容错机制，以确保即使某些节点出现问题，系统仍能够继续正常运行。
提供一致性服务：共识算法通常作为底层基础设施，为上层应用程序提供一致性服务。
这包括分布式数据库、分布式存储系统和区块链等应用。
协议：共识算法通常涉及节点之间的通信和协作，以达成共识。
它们通常包括通信协议、消息传递、投票过程和决策算法等组成部分。
安全性：共识算法需要确保系统的安全性，包括防止恶意节点的攻击、数据篡改和拜占庭故障等问题。
因此，安全性是共识算法的一个关键考虑因素。
性能：共识算法也需要考虑性能因素，以确保在达成共识时不会对系统的吞吐量和延迟产生过大的影响。
几种常见的共识算法包括：Paxos：一种经典的共识算法，用于分布式系统中的一致性问题。
Raft：一种相对简单的共识算法，旨在提供更好的可理解性。
拜占庭容错共识：用于处理拜占庭故障的共识算法，如拜占庭将军问题。
区块链共识算法：用于区块链技术中的共识，包括工作证明（Proof of Work，PoW）和权益证明（Proof of Stake，PoS）等。
共识算法在分布式系统和区块链技术中扮演着重要角色，它们帮助确保数据一致性、系统安全性和可靠性，从而支持分布式应用的开发和部署。
不同的共识算法适用于不同的场景和需求。
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增加一个将军
一个发送者，3 一个发送者，3个接收者，只有一个判国者
发送者
接收者3 接收者1 接收者2
结论
至少必须有2/3以上的将军是爱国的才能达成 至少必须有2/3以上的将军是爱国的才能达成 一致。 如果记容忍t个叛国者的协议叫t 如果记容忍t个叛国者的协议叫t弹性协议，则：
当n=3时，不存在1弹性协议 n=3时，不存在1 当n>=1,不存在t>=n/3的t弹性协议 n>=1,不存在t>=n/3的
Public names improved security as top priority for government Web pages.
现有的安全问题
程序漏洞/ 程序漏洞/错误 缓冲区溢出 蠕虫与病毒 垃圾邮件 网络欺骗(邮件/网站) 网络欺骗(邮件/网站) 僵尸网络(Botnet) 僵尸网络(Botnet)
只修墙不行! 只修墙不行!
用户鉴别/认证 存取控制
内部攻击，身份假冒
内部系统
信息保障
以检测为基础
发现攻击，发现异常，发现死机
以恢复为后盾
大不了重新来过，全面恢复
辅助以保护、响应等手段
检测系统仍旧有魔高一丈的时候
识别全部的入侵是困难的
新的入侵方式
内部职员的犯罪是很难预防的(高价值系统) 内部职员的犯罪是很难预防的(高价值系统) 技术人员犯罪(程序员,芯片设计人员) 技术人员犯罪(程序员,芯片设计人员) 间谍, 间谍,通过各种方式的渗透
一般的拜占庭算法
OM(0):
发送者将其命令送给每个接收者 每个接受者使用这个值，如果没有收到就认为是 “撤退” 撤退”
OM(m),m>0
发送者发送他的值给每个接收者 如果第i个接收者获得的值是vi， 如果第i个接收者获得的值是vi，
接收者i执行算法OM(m-1)发送vi给 接收者i执行算法OM(m-1)发送vi给n-2个其他的接收者
个人的公开行为在一定的概率下是可预知的 系统在一定的概率下能够正确完成基本的功能
纠错理论的联想
利用纠错码可以在一个错误百出但有信道容量 的信道中准确无误地传输数据
理论上的可行性
容错理论,门槛密码, 拜占庭” 容错理论,门槛密码,“拜占庭”技术
生存技术的两种实现方式
攻击响应的入侵容忍方法
不需要重新设计系统 高效的检测系统，发现异常 资源配置系统，调整系统资源 修补系统，对错误进行修补
DB Agent
Read only Access
Share Server
Share Server
现有网络的安全形势严峻
安全事件频繁发生 民意调查关注安全 网络缺陷多 攻击手段多 安全问题复杂
简单保护技术(修墙) 简单保护技术(修墙)的失败
修得太小，好多东西没保住 修得太大，内部问题一大堆 修得再好，敌人就会有更好的手段
大气层保护，不让人进入太空，还是进了 水保护水下动物，人也下去了 城墙修了，飞机可以飞过 房子修了，X 房子修了，X射线可以穿过
拜占庭将军问题的抽象
消息的传送是可靠的； 所有的将军可以互相发消息，也可以传递 消息
比如，一个坏的将军可以告诉将军A 要攻城” 比如，一个坏的将军可以告诉将军A“B要攻城”， 并告诉将军C 要撤退” 并告诉将军C“B要撤退”
口头消息模型和书写消息模型 目标是达成一致，而不是找背叛的将军
口头消息（无法自验证的消息）
网络的可生存性
荆继武 冯登国 信息安全国家重点实验室
提纲
现有网络的安全问题 旧的安全技术不能保证安全 网络的可生存性问题 可生存性技术
新华网的几则消息
钓鱼式网页欺诈
一个邮件，告诉你银行网络要升级让输入帐号 和密码等，输入完成后升级成功，帐户里的钱 不见了。
银行网站频现克隆（3/1） 银行网站频现克隆（3/1）
密码机加服务器的CA格局 密码机加服务器的CA格局
CA服务器 密码机
操作系统漏洞 网络漏洞 内部职员犯罪
Two phase scheme
Key Distributor Channel B3
Repository Agent Combiner3
Combiner1
Combiner2
Broadcasting Channel B2 Share Server1 Share Server2 Share Server3 Share Server4 Share Server5 Share Server6
HART-TEETER/August 2000
2:1选择放慢电子政务先解决安全 2:1选择放慢电子政务先解决安全
General public extremely concerned (9-10, 10-point scale) Government officials extremely concerned
是否有完美的保护系统? 是否有完美的保护系统?
是否存在在任何条件下都完全正确的复杂逻 辑设计（如CPU） 辑设计（如CPU）? 几百万门的复杂电路没有任何漏洞? 几百万门的复杂电路没有任何漏洞? 是否存在没有错误的编码（如OS） 是否存在没有错误的编码（如OS）? TCB的编码和设计可以做到万无一失? TCB的编码和设计可以做到万无一失? 编写TCB的程序员绝对不会成为叛徒? 编写TCB的程序员绝对不会成为叛徒? 集成电路的设计人员和软件都没有任何问题? 集成电路的设计人员和软件都没有任何问题?
生存技术假设任何系统都可能坏掉
我们的操作员可能会误操作( 我们的操作员可能会误操作(傻) 操作员可能会被贿赂或背叛（腐败） 系统本身可能就有木马程序 系统可能会被黑客或病毒占领 我们自己开发的系统可能有漏洞 我们的开发人员可能会留下后门 中国最需要入侵容忍系统（生存技术）
入侵容忍的技术的可能性
假设: 假设:
GLOBAL E-GOVERNMENT SURVEY
2001/9
电子政务面临的挑战
民众调查一致地表示，安全和隐私保护一直是 Internet用户最优先考虑的。然而许多政府网站却 Internet用户最优先考虑的。然而许多政府网站却 缺乏简单的隐私和安全策略。网上行为和信息的不 安全妨碍了电子政务的开始 Public opinion surveys consistently identify security and privacy issues as a foremost concern for Internet users, yet many government websites fail to reassure citizens with simple privacy and security policies. Uncertainty over the security of online activities and information will hamper the take up of e-government e-
入侵容忍的CA系统 入侵容忍的CA系统
重点分散，攻击和贿赂困难 部分系统失效并不影响系统运行 权力分散，没有系统能够超越司令部
所有系统都是生存系统
微软的未加补丁的系统大约30分钟 微软的未加补丁的系统大约30分钟 Linux大约2 Linux大约2个小时 …… 所有系统都具有生存性 是否有生存能力的问题
攻击遮蔽的入侵容忍方法
重新设计整个系统 冗余、容错技术 门槛密码学技术 “拜占庭”技术 拜占庭”
例子：生存性网关
外网
安全网关 内网 实时监控器
数据库
模型产生器
例子：ITDB 例子：ITDB
拜占庭将军问题
1982， 1982，Lamport(SRI),Pease,Shostak 几个将军围困一座城池，大家必须商量一 种策略，是进攻还是撤退。 如果有的进攻，有的撤退就有可能打败仗。 条件是，有的将军叛国，希望爱国的将军 打败仗（破坏达成一致）。 目标就是，有什么办法使爱国的将军在这 种环境下达成一致？
所有者权利（假想的例子）
CA操作员，能够给总经理发数字证书 CA操作员，能够给总经理发数字证书
问题1 问题1：总经理的职位是操作员定的？ 问题2 问题2：操作员是否有能力发一个假的证书
某CA的员工正在给某省长发证书 CA的员工正在给某省长发证书
问题：省长的位置是谁任命的？ CA系统中有木马吗？木马能够给自己发一个 CA系统中有木马吗？木马能够给自己发一个 省长的证书吗？
第i个接收者会收到从不同n-1人发来的n-1个值， 个接收者会收到从不同n 人发来的n
取多数认同的值就可以
例子：入侵容忍的CA系统 例子：入侵容忍的CA系统
CA证明你就是你 CA证明你就是你 CA拥有巨大的权力 CA拥有巨大的权力 CA将安全引到自己身上来，最需要保护 CA将安全引到自己身上来，最需要保护 CA是攻击的重点，黑客证明他就是你 CA是攻击的重点，黑客证明他就是你 恶意的操作员可以证明他就是你
生存性的定义
当攻击，失效和事故发生的 时候，系统在规定的时间内 完成使命的能力。
通信保密中的生存技术
以单点密钥管理服务器为基础的加密系统
攻击、打击或贿赂的重点 整个系统安全完全依赖于密钥管理中心的安全 成为权力超过司令部的机构
普通结构的CA系统 普通结构的CA系统
攻击、打击或贿赂的重点 CA失效并不影响成员的安全通信 CA失效并不影响成员的安全通信 成为权力等于司令部的机构
中国银行英文版遭人假冒，年底有两家，中国 银联也被假冒
网上银行不安全（2/17） 网上银行不安全（2/17）
病毒盗取密码，工行帐号内1000元被人盗走。 病毒盗取密码，工行帐号内1000元被人盗走。 律师称：银行没有责任。香港10月,23起假冒银 律师称：银行没有责任。香港10月,23起假冒银 行网案件，最大金额66万港元。 行网案件，最大金额66万港元。