面试题：分布式系统3PC协议在网络分区情况下的安全性分析

Question

假设分布式系统发生网络分区，分析3PC协议在这种场景下各个阶段可能面临的安全风险，以及协议本身针对网络分区采取了哪些安全应对策略。

Answer 1

3PC各阶段网络分区安全风险

1. CanCommit阶段
   • 协调者无法收到所有参与者响应：网络分区可能导致部分参与者的响应无法及时送达协调者，协调者若等待超时，可能过早判定失败从而终止事务，导致本可成功提交的事务被误终止。
   • 参与者收到请求但无法反馈：参与者因网络分区无法向协调者发送响应，协调者会等待超时并认为参与者拒绝，导致事务不必要的回滚。
2. PreCommit阶段
   • 协调者发送的PreCommit指令部分参与者未收到：收到指令的参与者进入准备状态，而未收到的参与者保持初始状态，形成数据不一致。
   • 参与者准备成功但确认消息无法送达协调者：协调者无法确定所有参与者是否准备成功，可能做出错误决策，如误判为所有参与者准备失败而发起回滚，或误判为成功而进入最终提交阶段，导致数据不一致。
3. DoCommit阶段
   • 协调者发送的DoCommit指令部分参与者未收到：收到指令的参与者提交事务，未收到的参与者不提交，造成数据不一致。
   • 参与者提交成功但确认消息无法送达协调者：协调者无法确认所有参与者是否成功提交，若错误判断，可能会对已提交的事务进行不必要的回滚操作。

3PC针对网络分区的安全应对策略

1. 引入超时机制：协调者和参与者都设置超时时间，避免无限等待。例如在CanCommit阶段，协调者等待参与者响应超时时，可以做出相应决策，减少事务悬而未决的时间。
2. 多轮交互确认：通过三个阶段的多次交互，增加确认信息的机会。即使某个阶段部分消息丢失，后续阶段仍有机会进行弥补和确认，一定程度上降低网络分区造成的不一致风险。
3. 参与者状态持久化：参与者将事务相关状态持久化存储，如在PreCommit阶段准备成功后记录状态。当网络恢复后，可依据持久化状态进行相应处理，避免因网络分区导致的状态丢失和数据不一致。