技术指南丨DE/CP场景下的分布式系统理论

DCEP与现有的电子支付系统有一个最大的不同点在于,DCEP整体系统的设计是一个分布式的系统,整个支付流程需要多个系统与用户的终端协同完成工作。而现有的电子支付,例如微信支付宝等产品,则是只采用了一个支付中心,用户的设备仅仅是作为一个收集信息的终端

DCEP所具有的货币流通属性,其流通过程的细节,以及对离线支付的要求,需要系统以分布式的形式运行。

因此,作为一个分布式系统,DCEP的设计势必会受到一些分布式系统的基本逻辑与理论的影响。同时,DCEP的设计也会反映出这些逻辑与理论。

CAP是分布式系统中一致性(Consistency),可用性(Availability)与分区容错性(Partition tolerance)三个单词的简写。

这个理论的基本描述是,分布式系统中三者最多只能实现两点,不能同时兼顾。实际上这样的三选其二的理论有很多,不仅仅是在分布式系统领域有体现。

这三者分别具体地表达了如下的含义:

实际上,分布式系统的设计逻辑,阐述的是分布式系统的三个属性中,只能有两个是强限制的,而另外一个是弱限制的即可。

CAP理论中三元素可以两两组合,形成三种组合方式:

根据DCEP的设计逻辑,在一次的具体交易流程中,参与交易的双方终端与数字货币登记系统构成了一个分布式系统。其中设备终端与登记系统都是这个系统中的节点。由于DCEP要求能够进行离线交易,也就意味着在一次交易中,即便有节点完全无法在线,最终在网络回复之后系统依旧能对交易的过程进行验证,保证交易的正确性。

从这个角度来看,DCEP的设计是一种优先保证AP的设计

但是这样的设计会导致一个问题,那就是DCEP一定程度上放弃了一致性,会使得进行货币交易的时候有一定的双花风险。DCEP通过双重手段来降低与解决这种风险。

首先,DCEP的设计将系统出现不一致性的可能性不断降低,保证非恶意情况下不会出现交易不一致的问题,同时能够一定程度上抵御恶意的双花。

同时,DCEP通过技术之外的手段保证了一旦发生恶意双花情况,可以对进行违规操作的人进行追责与管理

从这个角度上来说,DCEP的核心设计逻辑中,优先保障系统的可用性与系统的分区容错性,在满足这个前提的情况下尽量的提升系统的一致性。

FLP定理讲的是一个分布式的一个下限,原话说的是:在异步通信场景,即使只有一个节点失败,也没有任何算法能保证非失败节点达到一致性

展开来说,这里的异步场景指的是,节点与节点间的通讯,通讯双方是不可能知道通讯失败的事实的。

因为网络中没有预设节点发送信息的到达时间,所以节点收不到信息,只能被认为消息延迟了,而不是节点离线导致通讯失败。

而在这样的异步网络环境下分布式系统是无法正常的运作的。

因为只要有一个节点出现问题,整个网络中所有节点上的数据无法达成一致,即满足上文所说的一致性。FLP定理指出了分布式系统正常运作的最低要求,只要我们的网络环境不低于FLP中的要求,系统就能够正确的运行。

放在DCEP的场景中,NLP定理同样也指出了离线支付的最低限度,同时也表明了系统可能出现问题的地方。

DCEP如果想要保证离线支付完成的绝对正确性,就需要抛弃异步通讯假设,也就是需要对网络通讯中钱包的离线时间做出限定,当钱包过久离线,交易就可能出现不一致的情况,可能会导致双花问题的产生。

但如果我们真正需要这个场景,可以参考Paxos的实现,降低此情况下可能产生不一致的可能性,最后采用法律手段或者惩罚性手段保证系统的正常运行,由于DCEP的设计能够保证系统识别双花的出现,并且会自动将最后一笔交易作废,通过这样的方式,为违规使用DCEP花费的行为提供了依据。

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