技術指南丨DE/CP場景下的分佈式系統理論

DCEP與現有的電子支付系統有一個最大的不同點在於,DCEP整體系統的設計是一個分佈式的系統,整個支付流程需要多個系統與用户的終端協同完成工作。而現有的電子支付,例如微信支付寶等產品,則是隻採用了一個支付中心,用户的設備僅僅是作為一個收集信息的終端

DCEP所具有的貨幣流通屬性,其流通過程的細節,以及對離線支付的要求,需要系統以分佈式的形式運行。

因此,作為一個分佈式系統,DCEP的設計勢必會受到一些分佈式系統的基本邏輯與理論的影響。同時,DCEP的設計也會反映出這些邏輯與理論。

CAP是分佈式系統中一致性(Consistency),可用性(Availability)與分區容錯性(Partition tolerance)三個單詞的簡寫。

這個理論的基本描述是,分佈式系統中三者最多隻能實現兩點,不能同時兼顧。實際上這樣的三選其二的理論有很多,不僅僅是在分佈式系統領域有體現。

這三者分別具體地表達瞭如下的含義:

實際上,分佈式系統的設計邏輯,闡述的是分佈式系統的三個屬性中,只能有兩個是強限制的,而另外一個是弱限制的即可。

CAP理論中三元素可以兩兩組合,形成三種組合方式:

根據DCEP的設計邏輯,在一次的具體交易流程中,參與交易的雙方終端與數字貨幣登記系統構成了一個分佈式系統。其中設備終端與登記系統都是這個系統中的節點。由於DCEP要求能夠進行離線交易,也就意味着在一次交易中,即便有節點完全無法在線,最終在網絡回覆之後系統依舊能對交易的過程進行驗證,保證交易的正確性。

從這個角度來看,DCEP的設計是一種優先保證AP的設計

但是這樣的設計會導致一個問題,那就是DCEP一定程度上放棄了一致性,會使得進行貨幣交易的時候有一定的雙花風險。DCEP通過雙重手段來降低與解決這種風險。

首先,DCEP的設計將系統出現不一致性的可能性不斷降低,保證非惡意情況下不會出現交易不一致的問題,同時能夠一定程度上抵禦惡意的雙花。

同時,DCEP通過技術之外的手段保證了一旦發生惡意雙花情況,可以對進行違規操作的人進行追責與管理

從這個角度上來説,DCEP的核心設計邏輯中,優先保障系統的可用性與系統的分區容錯性,在滿足這個前提的情況下儘量的提升系統的一致性。

FLP定理講的是一個分佈式的一個下限,原話説的是:在異步通信場景,即使只有一個節點失敗,也沒有任何算法能保證非失敗節點達到一致性

展開來説,這裏的異步場景指的是,節點與節點間的通訊,通訊雙方是不可能知道通訊失敗的事實的。

因為網絡中沒有預設節點發送信息的到達時間,所以節點收不到信息,只能被認為消息延遲了,而不是節點離線導致通訊失敗。

而在這樣的異步網絡環境下分佈式系統是無法正常的運作的。

因為只要有一個節點出現問題,整個網絡中所有節點上的數據無法達成一致,即滿足上文所説的一致性。FLP定理指出了分佈式系統正常運作的最低要求,只要我們的網絡環境不低於FLP中的要求,系統就能夠正確的運行。

放在DCEP的場景中,NLP定理同樣也指出了離線支付的最低限度,同時也表明了系統可能出現問題的地方。

DCEP如果想要保證離線支付完成的絕對正確性,就需要拋棄異步通訊假設,也就是需要對網絡通訊中錢包的離線時間做出限定,當錢包過久離線,交易就可能出現不一致的情況,可能會導致雙花問題的產生。

但如果我們真正需要這個場景,可以參考Paxos的實現,降低此情況下可能產生不一致的可能性,最後採用法律手段或者懲罰性手段保證系統的正常運行,由於DCEP的設計能夠保證系統識別雙花的出現,並且會自動將最後一筆交易作廢,通過這樣的方式,為違規使用DCEP花費的行為提供了依據。

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