El Problema de los Generales Bizantinos es una analogía utilizada para describir las dificultades de alcanzar un consenso en sistemas distribuidos. Estos sistemas son entornos informáticos donde los componentes están repartidos entre muchos ordenadores (también conocidos como nodos) conectados a través de una red específica.
El Problema de los Generales Bizantinos es una analogía utilizada para describir las dificultades de alcanzar un consenso en sistemas distribuidos. Estos sistemas son entornos informáticos donde los componentes están repartidos entre muchos ordenadores (también conocidos como nodos) conectados a través de una red específica.
El Problema de los Generales Bizantinos es una consulta popular de teoría de juegos, que estudia el comportamiento racional en la toma de decisiones. Se basa en un escenario histórico hipotético para ilustrar un problema común: en una red descentralizada donde ningún participante puede verificar la identidad o reputación de los demás, ¿cómo pueden los participantes saber quién dice la verdad?
El Problema de los Generales Bizantinos
En el Problema de los Generales Bizantinos, el escenario implica múltiples regimientos del ejército bizantino estacionados en varias áreas fuera de una ciudad enemiga.
Los generales a cargo de cada regimiento deben coordinarse para lanzar un ataque que pueda superar las defensas enemigas. Cada general puede usar un mensajero para comunicarse con los demás, pero no hay forma de saber si el mensaje ha sido interceptado y alterado por el enemigo. La única manera de lanzar un ataque exitoso es encontrar una forma de asegurar que un número suficiente de generales sean honestos y lideren sus regimientos en el ataque.
Una posible solución para el problema es que el comandante envíe una orden de atacar o retirarse a todos los generales. Al recibirla, cada general debe decidir si atacar o retirarse y enviar su voto de vuelta al comandante y a todos los demás generales. Cada general recopila votos de los otros generales, y si alguno no es consistente, ignoran los votos de los generales disidentes. Los generales utilizan la mayoría para elegir si atacar o retirarse, envían la decisión de vuelta al comandante, y se ejecuta.
Historia del Problema de los Generales Bizantinos en la tecnología distribuida
El problema de coordinar el consenso entre los participantes en sistemas distribuidos fue identificado por primera vez por científicos informáticos a finales de los años 70.
En 1982, Leslie Lamport, Robert Shostak y Marshall Pease publicaron un artículo llamado "El Problema de los Generales Bizantinos", que establece que "un sistema informático fiable debe ser capaz de hacer frente al fallo de uno o más de sus componentes. Un componente fallido puede exhibir un tipo de comportamiento que a menudo se pasa por alto: enviar información contradictoria a diferentes partes del sistema".
En esta definición, un sistema aún puede considerarse fiable incluso si uno o más componentes han fallado. Esto lleva al concepto de "Tolerancia a Fallos Bizantinos" en un sistema distribuido, que proporciona una medida de la capacidad de un sistema (o generales) para resistir cierta cantidad de fallos y aún así colaborar para hacer que el sistema funcione.
A finales de los años 90, dos investigadores, Barbara Liskov y Miguel Castro, desarrollaron un algoritmo de consenso para redes distribuidas llamado Tolerancia a Fallos Bizantinos Práctica (pBFT). Sin embargo, se encontró un fallo importante cuando el tiempo necesario para alcanzar el consenso aumentaba exponencialmente con el número de nodos en la red. No obstante, fue lo suficientemente significativo como para que variaciones de pBFT se sigan utilizando hoy en día en sistemas de cadena de bloques contemporáneos como Zilliqa y Cosmos.
Un avance en la resolución del Problema de los Generales Bizantinos ocurrió en 2008 cuando Satoshi Nakamoto publicó el documento técnico de Bitcoin, que introdujo el algoritmo de prueba de trabajo (PoW).
Cómo Bitcoin aborda el Problema de los Generales Bizantinos
Bitcoin se basa en una red descentralizada de mineros que colaboran para mantener un libro de contabilidad impecable de las transacciones de BTC. Cada minero debe poder confiar en que las transacciones añadidas al libro son verdaderas. Relacionando Bitcoin con el Problema de los Generales Bizantinos, los mineros son los generales, y el libro de contabilidad y las transacciones son los mensajes.
Bajo el algoritmo PoW, todos los mineros de Bitcoin deben estar de acuerdo en que una transacción es válida antes de que se añada a la cadena de bloques. Los mineros validan las transacciones utilizando la información histórica del libro de contabilidad para comprobar que los saldos de cuenta necesarios están disponibles. Si encuentran una transacción que parece contradictoria con los datos existentes, tienen el poder de rechazarla.
Sin embargo, una vez que una transacción ha sido validada, se registra en el libro de contabilidad de forma permanente, lo que significa que cualquiera puede confiar en el historial de datos de transacciones. Como cada minero en la red tiene una copia de los mismos datos, siempre se puede verificar como verdadero.
Uno de los desarrollos más significativos que Satoshi hizo al abordar el Problema de los Generales Bizantinos fue el uso de la teoría de juegos para incentivar a los mineros a actuar de una manera que beneficie a toda la red.
Los mineros invierten cantidades significativas de energía para participar en la minería, y reciben BTC como recompensa por sus esfuerzos. Si el libro de contabilidad se corrompiera con transacciones falsas, la confianza en BTC caería, y también su valor. Estos incentivos han demostrado ser lo suficientemente convincentes como para que la red Bitcoin nunca haya sido atacada con éxito desde el bloque génesis en 2009.
La prueba de trabajo aborda efectivamente el Problema de los Generales Bizantinos hasta el punto de que nunca ha habido un ataque del 51% contra Bitcoin. Sin embargo, esto no significa que sea imposible lanzar un ataque contra Bitcoin, solo que hacerlo sería financieramente prohibitivo.
Aspectos esenciales del Problema de los Generales Bizantinos
- El Problema de los Generales Bizantinos es un problema de teoría de juegos utilizado para describir los desafíos de alcanzar un consenso en redes distribuidas.
- Los generales teóricos están tratando de atacar una ciudad pero necesitan una forma de comunicarse de manera segura para coordinar un ataque exitoso.
- La prueba de trabajo de Bitcoin ha demostrado ser una forma muy efectiva de abordar el Problema de los Generales Bizantinos, utilizando la teoría de juegos para incentivar a los mineros a mantener un libro de contabilidad limpio de las transacciones de BTC.