分散式系統指南

其次，假設我們能夠解決上文提到的leaders機器之間的協調問題。 可是如果一些followers機器（節點）出現故障，那該咋辦呢？ 要知道，這正是我們想要擺脫的問題。當有些節點出問題了，我們該怎麼做呢？

如果我們靜靜等待這些節點重新上線，那我們可能面臨一些效率問題，尤其是需要通過人為操作才能恢復某些伺服器的時候。而如果我們選擇忽視一些出故障的機器（節點），那我們應該忽視幾臺機器呢？更重要的是，假設某些機器恢復了，但它們的硬碟驅動器卻因此而遭到了破壞（資料遭到損壞），這又該如何是好呢？雖然這些機器依舊會執行協議，但它們無法成功地將資料寫入硬碟中。

預測種種這些問題都是很麻煩的，因此我們需要一個正在強勁的東西，能夠忽視所有這些問題，只要保證一定數量的機器能夠正常執行即可！就分散式系統而言，這真是太棒了。

上述這些問題（以及其他的問題）將我們帶入了 第一個共識協議 Paxos 。這也讓我們回到了最開始的那個問題：如何才能讓一組機器就某條訊息達成一致呢？由Leslie Lamport發明的Paxos是一種應對計算崩潰故障（crash fault）問題的共識協議。我不會深入講解Paxos的執行方式，因為其中的細節實在是讓人畏懼。

但是從更高的層面來看，Paxos其實是很好理解的： 只要大多數的機器（節點）接受某個提議（proposal），則這將保證系統中所有的機器都不會出現不一致的狀態。 這是很神奇的，你只需要知道這點就可以了。

• 機器故障：當機器（節點）出現故障時，共識協議就用於解決機器可能出現的狀態不一致問題。

• 拜占庭容錯：機器不僅可能出現故障，還可能會“撒謊”。  

• 同步（Synchronous）：我們不僅需要考慮機器會出現的各種故障問題，也要考慮網路通訊的型別。在通訊同步模型中，我們假設的是所有執行正常的節點（機器）都將在特定的時間內傳送和接收訊息。比如，你可以假定每條訊息需要在5秒鐘/分鐘/小時內傳送出去。

• 非同步（Asynchronous）：這是同步的對立面。即便對於執行正常的節點（correct nodes）來說，訊息通訊延遲問題依舊可能存在。這種情況帶來的結果是：你無法判定到底是節點出現故障了，還是節點沒有故障，只是需要長時間才能迴應。

• 部分同步（Partially Synchronous）：這種模型介於同步和非同步之間。意思就是，存在一個上界（upper bound），但是這個上界並非被所有節點所知。我認為這種通訊模型與實際的廣域網通訊（即網際網路）非常相似。這只是我的個人觀點哈，如果不同意見，歡迎反饋！

我將只考慮一種型別的訊息模型：已驗證的通訊（authenticated communication），即各節點將對訊息進行簽名，任何人都可以驗證來自某個其他節點的訊息是真實可信的。

4. Guarantee models 保證模型：

這個命名有點奇怪，但我覺得這可以更好地描述該情況。

• 非概率性（Non-probabilistic）：如果某個共識協議是非概率性的，就意味著該協議可以保證安全性（沒有概率分佈），只要一定數量的節點執行正常即可。

• 概率性（Probabilistic）：如果某個共識協議是概率性的，那我們將自動引出一個概率分佈（probability distribution）。通常來說，這種模型只能在1-ϵ的概率之間保證安全性，其中ϵ是系統設計人員選擇的某個值。比如，一個概率性協議可能只保證99%的安全，即便一定數量的節點執行正常。記住這一點，這很重要！

然而， 假如我想公開地部署一個數據庫，使任何人都可以加入並向系統提出交易（propose transactions）。 此時會出現一個很大的問題： 如果我允許任何人都可以進入我的系統，我將無法區分誰是誰 。我不知道是誰正在參與進來。從根本來說，在過去，沒有身份資訊的共識是不可能實現的，但中本聰出現之後就不一樣了。

比特幣網路解決了這個問題。中本聰的絕妙觀點在於， 我們可以使用另一種機制來代替投票機制，即工作量證明機制（PoW） 。比特幣是首個實現不需要設想參與到網路中的到底是誰的共識協議。由於不需要確認身份，這使得可以很好地在一個無需許可的情況下部署比特幣網路。

在比特幣網路中，任何人都無需通過其他節點的允許便可加入該網路。在比特幣網路中，節點不需要投票，而是提交附有砝碼的值（propose values），該砝碼就是工作量證明（PoW），用於解決一個加密難題（cryptographic puzzle）。所有的proposals都是聯絡在一起的，由這些proposals組成的最重的鏈（而非最長的鏈）構成了一個“正確的”歷史記錄。這就是比特幣。

最後一點：比特幣適合上文中所提到的哪一種模型？比特幣使用的是拜占庭容錯模型，該網路的通訊是同步的，訊息由金鑰持有者進行驗證，且保證模型是概率性的，就是說這條鏈是可以隨時通過分叉進行復原的。換句話說，你可以接受“現在Bob的賬戶中只剩$10”，而你出錯的機率很小。

這就是分散式系統的基本內容。在此基礎上，你可以進入區塊鏈世界了。

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