可實用的拜占庭容錯系統(tǒng)理論研究.pdf

1、Internet上對在線服務(wù)不斷增長的信任，依賴于系統(tǒng)的高可用性。一個高可用性的系統(tǒng)要求在任何情況下服務(wù)不會被中斷并且能夠提供正確的服務(wù)。目前對高可用性分布式系統(tǒng)的考慮一般局限于良性錯誤模型，如服務(wù)器菪機(jī)、拒絕服務(wù)攻擊、在網(wǎng)絡(luò)上竊聽消息或者做一些修改數(shù)據(jù)的破壞等，這些攻擊能使服務(wù)器中斷，破壞數(shù)據(jù)的完整性和保密性。但是很少考慮更嚴(yán)重的惡意攻擊，比如軟件錯誤、錯誤操作、密鑰丟失等，把這些惡意攻擊引起的錯誤稱為拜占庭錯誤。拜占庭錯誤是使服務(wù)中

2、斷甚至提供錯誤服務(wù)的主要原因。 因此，本文研究如何在Internet環(huán)境中建立可實用的拜占庭容錯系統(tǒng)的理論、方法和技術(shù)，探索使用狀態(tài)機(jī)復(fù)制技術(shù)和密碼技術(shù)構(gòu)建拜占庭容錯系統(tǒng)，提高Internet可用性，主要完成了如下工作： (1)構(gòu)造拜占庭群成員協(xié)議：本協(xié)議建立在異步系統(tǒng)上，系統(tǒng)各成員地位平等，當(dāng)系統(tǒng)有成員加入或離開時，在小于三分之一的當(dāng)前群視圖成員發(fā)生錯誤的情況下，協(xié)議能建立一致的新視圖，使得系統(tǒng)仍能對應(yīng)用提供有效服務(wù)；

3、協(xié)議使用前攝性簽名共享機(jī)制，確保新加入成員和應(yīng)用得到正確的群視圖，同時可更新視圖成員認(rèn)證密鑰對；構(gòu)造了一個安全的基于RSA的前攝性簽名共享算法。 (2)證明群成員協(xié)議的正確性：通過使用I/O自動機(jī)，利用不變量和模擬技術(shù)，用形式化的方式精確描述并證明群協(xié)議的正確性，而過去在群成員協(xié)議的證明上只是使用感性推理。 (3)針對服務(wù)的可實用問題，提出了在一個固定群視圖中基于消息認(rèn)證碼的拜占庭一致性協(xié)議，并保證當(dāng)視圖發(fā)生變化時，成員

4、的視圖狀態(tài)和服務(wù)狀態(tài)的一致性：基于對稱密鑰的消息認(rèn)證碼比簽名認(rèn)證速度快三個數(shù)量級，系統(tǒng)由一致性協(xié)議對應(yīng)用提供服務(wù)，這兩點保證了容錯系統(tǒng)的可實用性。 (4)為定性評估拜占庭容錯系統(tǒng)性能，構(gòu)造了拜占庭群成員和一致性協(xié)議的性能評估模型：通過設(shè)計系統(tǒng)協(xié)議中使用的消息格式，根據(jù)協(xié)議算法建立了群成員協(xié)議和拜占庭一致性協(xié)議的延遲模型，并依據(jù)這些延遲模型計算出拜占庭系統(tǒng)性能。 (5)設(shè)計并實現(xiàn)了拜占庭容錯LDAP系統(tǒng)并把它應(yīng)用于網(wǎng)格系統(tǒng)