Ein verteiltes Konsens-Messaging-Protokoll (DCMP) in einem Peer-to-Peer-Netzwerk (P2P) muss mehrere funktionale Anforderungen erfüllen, um trotz des dezentralen und potenziell unzuverlässigen Charakters des Netzwerks eine zuverlässige und konsistente Nachricht zu gewährleisten. Diese Anforderungen können weitgehend wie folgt kategorisiert werden:
1. Nachrichtenbestellung und Zustellung:
* Zuverlässige Lieferung: Der DCMP muss garantieren, dass Nachrichten an alle teilnehmenden Knoten übermittelt werden, selbst angesichts von Knotenfehlern oder Netzwerkpartitionen. Dies beinhaltet in der Regel Mechanismen wie Anerkennung, Wiederholungen und möglicherweise eine Form der Botschaftspersistenz.
* Gesamtreihenfolge: Für viele Anwendungen ist eine Gesamtordnung von Nachrichten über alle Knoten von entscheidender Bedeutung. Dies bedeutet, dass alle Knoten auf dieselbe Abfolge von Nachrichten einverstanden sind, unabhängig von der Reihenfolge, in der sie empfangen wurden. Dies ist oft der schwierigste Aspekt der DCMP -Implementierung.
* Kausalitätserhaltung: Das Protokoll sollte die kausale Reihenfolge der Nachrichten bewahren. Wenn die Nachricht A Nachricht B verursacht (z. B. A -Auslöser b), sollte B nach A auf allen Knoten geliefert werden.
* Fehlertoleranz: Das Protokoll muss auch dann korrekt funktionieren, wenn einige Knoten ausfallen oder das Netzwerk verlassen. Dies kann Mechanismen zum Erkennen und Umgang mit Knotenfehlern und möglicherweise zur Wahl neuer Führer oder Koordinatoren beinhalten.
2. Konsens und Vereinbarung:
* Vereinbarung: Alle ehrlichen Knoten müssen sich letztendlich auf den gleichen Satz von veröffentlichten Nachrichten einigen. Dies ist das grundlegende Ziel eines Konsensprotokolls.
* Konsistenz: Die vereinbarte Abfolge von Nachrichten muss mit der kausalen Reihenfolge und den Anforderungen der Gesamtordnung übereinstimmen.
* Kündigung: Der Konsensprozess muss schließlich enden, auch wenn einige Knoten fehlerhaft sind.
3. Mitgliedsmanagement:
* Knotenentdeckung: Das Protokoll benötigt einen Mechanismus für Knoten, um andere Knoten im Netzwerk zu entdecken und zu verbinden. Dies könnte Techniken wie Klatsch oder verteilte Hash -Tabellen (DHTs) beinhalten.
* Dynamische Mitgliedschaft: Das Protokoll sollte die Zugabe und Entfernung von Knoten dynamisch verarbeiten, ohne den Konsensprozess zu stören. Dies kann Mechanismen zum Erkennen von Knotenverbindungen und Blättern beinhalten und die Netzwerktopologie entsprechend aktualisieren.
4. Sicherheit:
* Authentifizierung: Das Protokoll sollte die Authentizität von Nachrichten überprüfen, um eine nicht autorisierte Nachrichteninjektion oder -änderung zu verhindern. In der Regel werden digitale Signaturen oder andere kryptografische Techniken verwendet.
* Integrität: Das Protokoll muss die Integrität von Nachrichten sicherstellen und verhindern, dass sie während der Übertragung verändert werden. Überprüfungen oder Nachrichtenauthentifizierungscodes (MACs) können verwendet werden.
* Vertraulichkeit (optional): Abhängig von der Anwendung muss das Protokoll möglicherweise Vertraulichkeit gewährleisten, um den Inhalt von Nachrichten vor unbefugtem Zugriff zu schützen. Verschlüsselung kann verwendet werden, um dies zu erreichen.
5. Effizienz:
* niedrige Latenz: Das Protokoll sollte Nachrichten mit geringer Latenz bereitstellen, um Verzögerungen in der Anwendung zu minimieren.
* Verbrauch der Bandbreite: Das Protokoll sollte die Menge der konsumierten Netzwerkbandbreite minimieren.
* Skalierbarkeit: Das Protokoll sollte in der Lage sein, eine große Anzahl von Knoten ohne signifikante Leistungsverschlechterung zu skalieren.
Dies sind die wichtigsten funktionalen Anforderungen. Die spezifischen Implementierungsdetails hängen vom gewählten Konsensusalgorithmus (z. B. Paxos, Floß, PBFT) und anderen Entwurfsmöglichkeiten ab. Die Wahl des Algorithmus wird die Kompromisse zwischen den verschiedenen Anforderungen, insbesondere Skalierbarkeit und Fehlertoleranz, stark beeinflussen. Zum Beispiel ist PBFT sehr fehlertolerant, skaliert aber nicht gut, während Raft und Paxos eine bessere Skalierbarkeit bieten, jedoch in bestimmten Szenarien etwas weniger Fehlertoleranz.
