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理性参与者在协议执行过程中根据自身效用最大化原则采取行动策略,这给协议带来了诸多问题,使得传统的容错一致协议研究面临许多新挑战。
分布式系统对一致性的普遍要求是所有用户请求以相同的顺序到达各个服务器进程且确定性地执行,这需要调用群组通信原语—原子多播。原子多播能够保证进程传递消息的一致性和次序性。本文基于一致协议和可靠多播,利用模块化方法设计出一个可扩展的具有容错性的原子多播协议,该协议特别适用于大规模分布式应用,具体工作如下:
(1)研究同步系统与异步系统中的拜占庭容错一致协议,协议在系统初始化时根据系统运行环境假设出错的最大节点数,继而来确定系统服务器个数,指出协议存在威胁:当模型中有理性参与者时,协议因错误数限制被打破而失效。
(2)设计拜占庭节点共存时理性节点的效用函数,由于节点间需要通信,在设计效用函数时考虑了节点成本以及参与系统的收益。将交互一致问题形式化为一个博弈,拜占庭一致认证协议(BAAP)是该博弈的一个策略,证明了该协议不是纳什均衡,理性节点偏离协议规定将破坏协议的安全性。
(3)应用博弈论中的惩罚机制,设计了同步系统中的混合一致协议,并对协议进行了正确性分析。协议不仅能容忍拜占庭节点,而且还为理性节点定义出了最优策略,即所有理性节点完全正确地遵从协议规定,可以得到最大收益。
(4)引入群组通信中的可靠多播用于进程间传递消息,实现对单个提议值达成共识的一致协议,相比点到点的单播机制,多播具有更高的效率性、可靠性和可扩展性。基于一致协议和可靠多播等协议设计和分析了原子多播协议。
(5)编程实现了混合一致协议。