屡屡被提及拜占庭将军问题，究竟和比特币是什么关系？

拜占庭将军问题是区块链领域的常见术语，也是密码学的核心问题。

拜占庭将军问题（Byzantine Generals Problem），是由莱斯利·兰波特（ Leslie Lamport）在其论文《分布式系统一致性问题（Distributed Consensus）》中提出的分布式对等网络通信容错问题。

在区块链中文词典中，对这一问题是这样描述的：拜占庭将军问题是指“在存在消息丢失的不可靠信道上，试图通过消息传递的方式达到一致性是不可能的”。因此，在系统中存在除了消息延迟或不可送达的故障以外的错误，包括消息被篡改、节点不按照协议进行处理等问题，将会潜在地会对系统造成针对性的破坏。

这或许听起来有些晦涩难懂，接下来，我们用喜羊羊和灰太狼的例子来讲述一下什么是“拜占庭将军问题”。

拜占庭将军问题

假设某一天，灰太狼抓走了慢羊羊村长，为了村长的安危，羊村中的5只小羊需要进攻狼堡，营救村长。

在这里我们假设这5只小羊的作战能力是均衡的，他们分别驻守在狼堡外的5个战略地点，只能通过信使互相联系，而且只有他们其中的至少4只一起行动，才有可能成功营救村长。

为了简化问题，我们将小羊们的行动策略限定为进攻或撤离两种。为了表示民主性，他们决定通过投票，根据多数性原则来达成一致策略，决定进攻还是撤离。

在投票过程中，每只小羊都需要通过信使，将自己的投票信息传递给其他5只小羊，这样每只小羊都可以根据收到的消息，结合自己的选择，根据少数服从多数的原则，达成一致的共识，选择进攻或者撤退。

但问题是，在他们的队伍可能存在叛徒，有一只小羊可能已经被灰太狼策反了。

假设被策反的小羊收到了两票进攻，两票撤退的消息，此时，他只要给投票进攻的两只小羊传递进攻的消息，给投票撤退的两只小羊传递撤退的消息，那么就会出现两只小羊进攻，两只小羊撤退的情况，这就破坏了队伍的协同性，营救行动就会失败。

并且，由于小羊们的消息需要信使传递，因此，被策反的小羊极有可能伪造信件，假装其他小羊的身份传递假的消息。

即使所有的小羊都是忠诚的，也依然存在着信使被灰太狼替换，甚至截杀（虽然动画片里不会发生）的情况。

在以上这几种种情况下，如果忠诚的小羊仍遵循了票数的大多数原则，营救村长的任务就会失败。

所以，由于这些风险的存在，导致每只小羊都会小心行事，不敢轻易相信其他小羊的消息，从而影响总体的行动。

这就是拜占庭将军问题。

比特币的出现

将这个故事映射到计算机系统，我们可以将小羊看作计算机的节点，将信使看作通信系统：拜占庭将军问题的核心就是 如何在可能存在不可靠节点和不可靠通信的情况下交换信息，达成共识。

而且根据科学家们对这个问题的研究，假如叛徒的数量大于等于1/3，那么拜占庭将军问题将不可解。

这个问题在1982年被提出，但直到2008年中本聪(Satoshi Nakamoto)提出比特币，才得到一定程度的解决。

我们可以看到，拜占庭将军问题有本质性的问题有两个：“一致性”和“正确性”问题。而它之所以难解，其中有两个重要的原因：

1、 信息不加密，容易被破解，冒充和伪造；

2、节点恶意行为影响共识的成本很低；

那么，比特币的底层技术是如何解决拜占庭问题的呢？

非对称加密技术

比特币网络可以将节点发送的信息进行加密，即使用非对称加密技术保护节点发出的信息。

这种技术有三个特点：

·消息传送的私密性

·能够确认身份

· 签名不可伪造、篡改

由于区块链网络是去中心化的，信息在每个节点上是共享的，因此，降低了由于信息不透明导致的向不同节点传递不同信息的可能性。

另外，非对称加密算法的加密和解密使用不同的两个密钥："公开密钥"(公钥)和"私有密钥"(私钥)，这解决了节点信息被篡改，泄露，伪造的问题。

拜占庭容错

比特币网络增加了信息发送的成本，并规定，在一段时间内，只有一个节点可以传播信息。

这个成本指的就是工作量证明——POW（Proof Of Work）机制，所谓的信息发送，也就是我们所说的挖出比特币后在区块上进行的广播。 在这个机制下，只有第一个完成证明（挖出比特币）的节点才能广播区块。

而这个方案的具体实施，就是根据的拜占庭容错算法。

拜占庭容错是区块链技术中的一种共识算法。

拜占庭容错算法的基本想法可以用一句话来描述： 系统中任何人都是不可靠的，当一个人收到其他人的消息后，不需要立即做出判断，而是把自己收到的消息再传递给另外的人，这样，消息在各个成员之间就是透明的 （如A发给B进攻，B就将自己的想法连同A的想法一起发给C，C就可以看到A,B两个人的信息）。 因为系统中诚实的节点占多数，所以每个人根据总信息对比后进行判断，最终出现差错的可能性就会大大降低 。

根据研究，如果系统中有 N个节点，那只有不诚实节点的数量F达到F=(N-1)/3时，才会影响系统的正常运行。

比特币网络上拥有超过30，000个节点，攻击这些节点进行作恶所需付出的算力和成本是非常高的。所以，即使系统中存在恶意的节点，但是只要大多数节点是好的，就完全有可能实现 去中心化的共识（Consensus） 。

这似乎也解释了为什么挖矿不是资源浪费——毕竟建立信任的成本不是0。

可以说，比特币提供了一个拜占庭将军问题解决方案，而这个方案，可以推广到任何核心问题是分布式网络上缺乏信任的领域。