深度了解区块链--拜占庭将军问题
拜占庭将军问题（Byzantine Generals Problem），首先由Leslie Lamport与另外两人在1982年提出，很简单的故事模型，却困扰了计算机科学家们数十年。故事大概如下：
拜占庭帝国想要进攻一个强大的敌人，为此派出了10支军队去包围这个敌人。这个敌人虽不比拜占庭帝国，但也足以抵御5支常规拜占庭军队的同时袭击。基于一些原因，这10支军队不能集合在一起单点突破，必须在分开的包围状态下同时攻击。他们任一支军队单独进攻都毫无胜算，除非有至少6支军队同时袭击才能攻下敌国。他们分散在敌国的四周，依靠通信兵相互通信来协商进攻意向及进攻时间。困扰这些将军的问题是，他们不确定他们中是否有叛徒，叛徒可能擅自变更进攻意向或者进攻时间。在这种状态下，拜占庭将军们能否找到一种分布式的协议来让他们能够远程协商，从而赢取战斗？这就是著名的拜占庭将军问题。
应该明确的是，拜占庭将军问题中并不去考虑通信兵是否会被截获或无法传达信息等问题，即消息传递的信道绝无问。Lamport已经证明了在消息可能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。所以，在研究拜占庭将军问题的时候，我们已经假定了信道是没有问题的，并在这个前提下，去做一致性和容错性相关研究。如果需要考虑信道是有问题的，这涉及到了另一个相关问题：两军问题。
与拜占庭将军相关问题：两军问题
拜占庭将军问题和两军问题实质是不一样的。国内大量解释拜占庭将军问题的文章将两者混为一谈，其实是混淆了两个问题的实质，由此造成了许多误解。这两个问题看起来的确有点相似，但是问题的前提和研究方向都截然不同。
白军驻扎在沟渠里，蓝军则分散在沟渠两边。白军比任何一支蓝军都更为强大，但是蓝军若能同时合力进攻则能够打败白军。他们不能够远程的沟通，只能派遣通信兵穿过沟渠去通知对方蓝军协商进攻时间。是否存在一个能使蓝军必胜的通信协议，这就是两军问题。
看到这里您可能发现两军问题和拜占庭将军问题有一定的相似性，但我们必须注意的是，通信兵得经过敌人的沟渠，在这过程中他可能被捕，也就是说，两军问题中信道是不可靠的，并且其中没有叛徒之说，这就是两军问题和拜占庭将军问题的根本性不同。由此可见，大量混淆了拜占庭将军问题和两军问题的文章并没有充分理解两者。
两军问题的根本问题在于信道的不可靠，反过来说，如果传递消息的信道是可靠的，两军问题可解。然而，并不存在这样一种信道，所以两军问题在经典情境下是不可解的，为什么呢？
倘若1号蓝军（简称1）向2号蓝军（简称2）派出了通信兵，若1要知道2是否收到了自己的信息，1必须要求2给自己传输一个回执，说“你的信息我已经收到了，我同意你提议的明天早上10点9分准时进攻”。
然而，就算2已经送出了这条信息，2也不能确定1就一定会在这个时间进攻，因为2发出的回执1并不一定能够收到。所以，1必须再给2发出一个回执说“我收到了”，但是1也不会知道2是否收到了这样一个回执，所以1还会期待一个2的回执。
虽然看似很可笑，但在这个系统中永远需要存在一个回执，这对于两方来说都并不一定能够达成十足的确信。更要命的是，我们还没有考虑，通信兵的信息还有可能被篡改。由此可见，经典情形下两军问题是不可解的，并不存在一个能使蓝军一定胜利的通信协议。
不幸的是，两军问题作为现代通信系统中必须解决的问题，我们尚不能将之完全解决，这意味着你我传输信息时仍然可能出现丢失、监听或篡改的情况。但我们能不能通过一种相对可靠的方式来解决大部分情形呢？这需要谈到TCP协议。事实上，搜索“两军问题与三次握手”，您一定可以找到大量与TCP协议相关的内容。若您是通信方面的专家，权当笔者是班门弄斧，这里仅用最浅显易懂的方式科普TCP协议的原理和局限，可能存在一些毛刺，请多包涵。
三次握手协议： TCP协议中，A先向B发出一个随机数x，B收到x了以后，发给A另一个随机数y以及x+1作为答复，这样A就知道B已经收到了，因为要破解随机数x可能性并不大；然后A再发回y+1给B，这样B就知道A已经收到了。这样，A和B之间就建立一个可靠的连接，彼此相信对方已经收到并确认了信息。
但是这里可能存在信道不可信问题，也会造成蓝军失败的问题。
拜占庭将军问题实质
在拜占庭将军问题中，我们前提假设是信道安全的。但是由于在将军中存在叛徒。因此除了需要保证一致性以外，还需要保证“正确性”。
至此，我们将拜占庭将军问题简化成了，所有忠诚的将军都能够让别的将军接收到自己的真实意图，并最终一致行动；而形式化的要求就是，“一致性”与“正确性”。
终极解决方案：区块链技术
互联网的存在，首先降低了信息的流通成本。每个将军配一台电脑，就解决了”书面协议“中骑马通讯造成时间延迟的问题。
如果10个将军中的几个同时发起消息，势必会造成系统的混乱，造成各说各的攻击时间方案，行动难以一致。
谁都可以发起进攻的信息，但由谁来发出呢？中本聪巧妙地在个系统加入了发送信息的成本，即：一段时间内只有一个节点可以传播信息。
它加入的成本就是”工作量“——节点必须完成一个计算工作才能向各城邦传播消息，当然，谁第一个完成工作，谁才能传播消息。
当某个节点发出统一进攻的消息后，各个节点收到发起者的消息必须签名盖章，确认各自的身份。中本聪在这里引用现代加密技术为这个信息签名。
这种加密技术——非对称加密完全可以解决古代难以解决的签名问题：
消息传送的私密性 能够确认身份 签名不可伪造、篡改 非对称加密算法的加密和解密使用不同的两个密钥.这两个密钥就是我们经常听到的"公开密钥"(公钥)和"私有密钥"(私钥).
公钥和私钥一般成对出现, 如果消息使用公钥加密,那么需要该公钥对应的私钥才能解密; 同样，如果消息使用私钥加密,那么需要该私钥对应的公钥才能解密.
非对称加密的作用是:保护消息内容, 并且让消息接收方确定发送方的身份.
比如，将军A想给将军B发送消息，为防止消息泄露，将军A只需要使用B的公钥对信息加密，而B的公钥是公开的，B只需要用只有他自己只的私钥解密即可。
将军B想要在信件上声明自己的身份，他可以自己写一段”签名文本“，并用私钥签名，并广播出去，所有人可以根据B的公钥来验证该签名，确定的B的身份。
由此，一个不可信的分布式网络变成了一个可信的网络，所有的参与者可以在某件事在达成一致。
写到这里，同时终于明白了工作量证明（Proof Of Work）的意义。有人说挖矿浪费了巨大的社会资源，但建立信任的成本可不是0，挖矿是维护比特币网络可靠性的最好办法。
工作量证明，简单的理解就是一份证明，现实中的毕业证、驾驶证都属于工作量证明，它用以检验结果的方式证明你过去所做过了多少工作。
在拜占庭的系统里，加入工作量证明，其实就是简单粗暴地引入了一个条件：大家都别忙着发起消息，都来做个题，看谁最聪明，谁就有资格第一个发起消息。
这个题必须是绝对公平的，中本聪在设计比特币时，它采用了一种工作量证明机制叫哈希现金，在一个交易块这要找到一个随机数，计算机只能用穷举法来找到这个随机数，可以说，能不能找到全靠运气，所以对于各个节点来说，这个世界上，只有随机才是真正的公平，实现随机的最好办法是使用数学，所有的将军在寻找共识的过程，借助了大家都认可的数学逻辑。
如果不同的将军先后解出了题，各自先后向这个网络发布消息，于是各个节点都会收到来自不同节点发起的进攻或者不进攻的消息，那怎么办的？只有时间最早的发起者才是有效的。中本聪巧妙的设计了一个时间戳的东西，为每个将军在解好题的时间（出块时间）盖上时间印章。
将军们那又凭什么要一起做工作量证明呢？中本聪也完全可以设置一个奖励机制，比特币的奖励机制是每打包一个块，目前是奖励25个比特币，当然，拜占庭将军问题的奖励机制可以是瓜分拜占庭获得的利益。
对了，如果有出现背叛怎么办？
在这个分布式网络里：
每个将军都有一份实时与其他将军同步的消息账本。 账本里有每个将军的签名都是可以验证身份的。如果有哪些消息不一致，可以知道消息不一致的是哪些将军。 尽管有消息不一致的，只要超过半数同意进攻，少数服从多数，共识达成。 由此，在一个分布式的系统中，尽管有坏人，坏人可以做任意事情（不受protocol限制），比如不响应、发送错误信息、对不同节点发送不同决定、不同错误节点联合起来干坏事等等。但是，只要大多数人是好人，就完全有可能去中心化地实现共识（Consensus）。
区块链上的共识机制主要解决由谁来构造区块，以及如何维护区块链统一的问题。
拜占庭容错问题需要解决的也同样是谁来发起信息，如何实现信息的统一同步的问题。
到这里也可以知道了，基于互联网的区块链技术，它克服了口头协议与书面协议的种种缺点，使用消息加密技术、以及公平的工作量证明机制，创建了一组所有将军都认可的协议，这套协议的出现，拜占庭将军问题也就完美的得到了解决。
