Matrix 事件图复制数据类型的分析

Matrix 是一种新型的去中心化、基于主题的发布-订阅中间件，用于通信与数据存储，尤其作为安全即时消息的基础正日益流行。与传统去中心化通信系统相比，Matrix 以复制数据结构取代纯消息传递。我们提取该数据结构并称之为 Matrix 事件图（Matrix Event Graph, MEG），其刻画了消息的因果历史。我们表明，对于基于发布-订阅事件因果历史的通用去中心化应用而言，该 MEG 代表了一种有趣且重要的复制数据类型：我们证明了 MEG 在一致性、拜占庭攻击者与可扩展性方面具有强性质。首先，我们证明 MEG 提供强最终一致性（Strong Eventual Consistency, SEC），并且在分区下可用，所依据的是证明 MEG 是针对因果历史的无冲突复制数据类型（Conflict-Free Replicated Data Type）。尽管如著名 CAP 定理所示，此处强一致性不可能实现，但 SEC 属于已知最佳的可达成权衡之一。其次，我们讨论拜占庭攻击者对数据类型性质的影响。我们注意到，MEG 由于不追求共识，能够应对 $n > f$ 的环境，其中共有 $n$ 个参与者、其中 $f$ 个表现出拜占庭故障。此外，我们分析可扩展性：利用马尔可夫链，我们研究了 MEG 的宽度（定义为前向极点数）随时间的演化，并观察到近乎最优的演变。我们推测该性质是底层空间非均匀随机游走的固有特性。