Development of Geographically-Distributed Byzantine Fault-Tolerant Systems

地理分布式拜占庭容错系统的开发

基本信息

批准号：
22K11971
负责人：
中村純哉
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2027-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

BFT状態機械レプリケーション（BFT-SMR）は，状態機械として定義されるサービスに対してビザンチン故障耐性を実現するレプリケーション技術として知られる．中でもGeographical BFT-SMRは地震や津波などの大規模災害に耐性を持つことから，一時的なサービス停止が許されない重要なサービスで使われることが多い．本研究課題では，Geographical BFT-SMRの性能を低下させる原因となる，(1) レプリケーション中のネットワーク変動，(2) ビザンチン故障レプリカの振る舞い仮定の妥当性について問題解決の方法を探求することを目的とする．2022年度は，レプリケーション環境のネットワーク特性に着目し，数多くあるSMRプロトコルの中から，レプリケーション環境に適したプロトコルを選定する手法について検討した．提案選定手法では，レプリカ台数，レプリカ間の通信遅延，リクエストの競合率などを考慮して最適なSMRプロトコルとレプリカ配置を決定する．実際にレプリケーションを構築してプロトコルや配置を比較すると金銭的・時間的コストがかかる．そのため提案手法では，SMRプロトコルのメッセージパターンを元にリクエストの実行時間（レイテンシ）を高速かつ高精度に見積もることで，この問題に対処する．見積もり精度を確認するため，レプリケーションを実際にパブリッククラウドサービス上に構築してレイテンシを計測し，一致度を調べた．その結果，多くのSMRプロトコルで0.98を越える高い相関が見られた．これらの成果は情報処理学会第85回全国大会で発表した．

BFT 状态机复制（BFT-SMR）被称为一种复制技术，可为定义为状态机的服务实现拜占庭容错。其中，地理BFT-SMR能够抵抗地震、海啸等大规模灾害，因此常用于不能容忍临时服务中断的重要业务。该研究项目的目的是探索解决导致地理 BFT-SMR 性能恶化的问题的方法：（1）复制过程中的网络波动，以及（2）拜占庭故障副本行为假设的有效性。那2022财年，我们重点关注复制环境的网络特性，并考虑了从众多SMR协议中选择适合复制环境的协议的方法。所提出的选择方法通过考虑副本数量、副本之间的通信延迟、请求争用率等来确定最佳SMR协议和副本放置。实际上构建复制以及比较协议和布局会产生财务和时间成本。因此，所提出的方法通过基于SMR协议的消息模式快速准确地估计请求执行时间（延迟）来解决这个问题。为了确认估计的准确性，我们实际上在公共云服务上构建了复制，测量了延迟，并检查了一致性程度。结果表明，许多SMR协议具有超过0.98的高相关性。这些成果已在第 85 届日本信息处理学会全国会议上公布。