비잔틴 장애 허용(BFT)이란?
분산 시스템을 운영하다 보면 노드가 단순히 ‘멈추는’ 장애뿐 아니라, 아예 ‘거짓말’을 하는 상황까지 고려해야 할 때가 있습니다. 이런 상황에서도 전체 시스템이 정상적으로 합의에 도달할 수 있는 능력을 비잔틴 장애 허용(Byzantine Fault Tolerance, BFT)이라고 부릅니다.
이름은 ‘비잔틴 장군 문제’라는 사고 실험에서 왔습니다. 여러 장군이 각자 다른 위치에서 성을 포위하고 있는데, 총공격을 하려면 모두 동시에 ‘공격’하기로 합의해야 합니다. 문제는 장군 중 일부가 배신자여서 어떤 장군에게는 ‘공격’하라고 전하고, 다른 장군에게는 ‘후퇴’하라고 서로 다른 메시지를 보낼 수 있다는 점입니다. 이렇게 의도적으로 잘못된 정보를 퍼뜨리는 노드가 있어도 나머지 정직한 노드들이 올바른 결론에 도달할 수 있는지가 핵심 질문입니다.
동작 원리와 예시
일반적인 장애 허용(Fault Tolerance)은 노드가 응답을 멈추는 ‘충돌 장애’만 가정합니다. 하지만 BFT는 노드가 고의로 다른 노드마다 서로 다른 값을 전송하거나, 아예 틀린 데이터를 진짜인 것처럼 위장하는 상황까지 가정합니다. 이를 해결하려면 단순 다수결이 아니라, 여러 라운드에 걸쳐 메시지를 교환하고 서로 검증하는 절차가 필요합니다.
대표적인 알고리즘이 PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)입니다. 전체 노드 수를 n, 악의적인 노드 수를 f라고 할 때, n >= 3f + 1을 만족하면 시스템이 정상 동작한다는 것이 핵심 원리입니다. 즉 노드가 4개면 그중 1개까지는 배신자여도 나머지 3개가 합의를 이뤄낼 수 있습니다. 노드들은 ‘준비(prepare)’와 ‘확약(commit)’ 같은 단계를 거치며 서로의 메시지를 교차 확인해, 특정 노드가 다른 메시지를 뿌려도 다수의 정직한 노드가 이를 걸러낼 수 있게 설계되어 있습니다.
실무에서 왜 중요한가
BFT는 특히 여러 기관이나 낯선 참여자들이 함께 운영하는 시스템에서 중요합니다. 대표적으로 블록체인이 그렇습니다. 비트코인은 작업 증명(PoW)으로, 일부 이더리움 계열이나 하이퍼레저 패브릭 등은 PBFT 계열 알고리즘으로 신뢰할 수 없는 참여 노드 문제를 해결합니다. 은행 간 결제 네트워크나 항공기 제어 시스템처럼 한 노드의 오작동이 치명적인 결과를 낳는 분야에서도 오래전부터 BFT 개념이 적용되어 왔습니다.
일반적인 웹 서비스라면 노드 다운, 네트워크 지연 정도만 고려해도 충분하지만, 서로 다른 조직이 참여하거나 보안이 극도로 중요한 시스템을 설계한다면 ‘노드가 거짓말을 할 수도 있다’는 전제를 깔고 합의 알고리즘을 선택해야 합니다. BFT는 그런 상황에서 시스템의 신뢰성을 수학적으로 보장하는 기반이 됩니다.