JP7152828B1 - ビザンチン故障を検知するデータ管理システム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
・複数の計算機システムを有する。複数の計算機システムが、それぞれ、オブジェクト群セットを格納する。複数の計算機システムにおけるオブジェクト群セットは同じ状態に保たれる。
・計算機システムにおけるオブジェクト群セットは、対象毎のオブジェクト群である。「オブジェクト群」は、一つ以上のオブジェクトである。「オブジェクト」は、対象の状態を表す。「対象」は、任意の有体物又は無体物である。例えば、「対象」として、口座を採用し、対象の「状態」として、口座における残高を採用することができる。
・計算機システムは、オブジェクトをリード及び/又はライトするトランザクションの要求に応答して、トランザクションを実行する。
・計算機システムは、一つ又は複数のノードでよく、ネットワークを含んでもよい。計算機システムは、当該計算機システムの管理者(例えば、一組織又は一個人)から操作され得るが、当該計算機システムの管理者以外の者(例えば、組織又は個人)からは操作され得ない。例えば、計算機システム1は管理者1から操作され得るが、計算機システム2は管理者1から操作され得ない。計算機システム2は管理者2のみから操作され得る。
・二つの計算機システム150が正常であり、二つの計算機システム150に同じ要求が入力された場合、二つの計算機システム150は同じ決定的関数のセットを有しているため、結果は同じである。
・一方の計算機システム150にビザンチン故障があり他方の計算機システム150が正常の場合、safetyは提供され、ビザンチン故障の検知が可能である。
・二つの計算機システム150の両方にビザンチン故障がある場合、各計算機システム150におけるビザンチン故障を検知できない可能性がある。
・二つの計算機システム150のいずれも特権的な能力を有しない。つまり、データベースシステム130は、非中央集権的なシステムである。また、二つの計算機システム150のデータベース154を同じ状態に保つために、二つの計算機システム150は合意を経てトランザクションやリカバリといった処理を行う。別の言い方をすれば、各計算機システム150は、もう1つの計算機システム150の合意無しにトランザクションやリカバリを進めることはできない。
・データベース154は、対象毎にレコード群を有してよい。各対象について、レコード群は、一つ以上のレコードでよい。一つの主キー(レコードID)が一つの対象に対応してよい。本実施形態では、一つの主キー(一つの対象)につき、全てのバージョンのレコードがデータベース154に存在するが、過去のバージョンのレコードは、データベース154の外で管理されてもよいし、一部のバージョンのレコードは管理対象外であってもよい。
・データベースシステム130は、MAC(Message Authentication Code)のために2つのタイプの秘密データを管理する。一方の秘密データは、クライアント102とサーバ155との間で共有される秘密データ(以下、秘密ClientServer)である。他方の秘密データは、プライマリサーバ155Pとセカンダリサーバ155Sとの間で共有される秘密データ(以下、秘密PrimarySecondary)である。
・nは、要求を識別する一意なトランザクションID(例えば、nonce(又はUUID))である。
・fは、関数への参照である。
・aは、関数の引数である。
・sは、秘密ClientServerを用いて、n、f、及びaについて作成されるMAC(以下、MACClient)である。
・リードセット内のレコード毎に、セカンダリサーバ155Sは、当該レコードの主キーからロックエントリ300を識別する。識別されたロックエントリ300におけるロックタイプ303が“ロック無し”又は“リードロック”であれば、リードロックの取得に成功する(ロックタイプ303が“ロック無し”であれば、セカンダリサーバ155Sは、ロックタイプ303を“リードロック”に更新する)。リードロックの取得が成功の場合、セカンダリサーバ155Sは、ロックカウント304の値を1インクリメントし、ロックホルダ305に当該トランザクションのID(Nonce)を追加し、最新更新時刻307を更新する。
・ライトセット内のレコード毎に、セカンダリサーバ155Sは、当該レコードの主キーからロックエントリ300を識別する。識別されたロックエントリ300におけるロックタイプ303が“ロック無し”であれば、ライトロックの取得に成功する。ライトロックの取得が成功の場合、セカンダリサーバ155Sは、ロックタイプ303を“ライトロック”に更新し、ロックカウント304を“1”とし、ロックホルダ305に当該トランザクションのID(Nonce)を登録し、インプット306に、当該レコードの作成のためにリードされた全てのレコード(リードセット内の一つ以上のレコード)の各々のレコードのID及びバージョンを登録し、最新更新時刻307を更新する。
・順序付け検証(図12)において、後述のS1206、S1209又はS1211が行われた場合、S514はスキップされ、S515が行われる。つまり、クライアント102に返る応答は、順序付け検証においてエラーがセットされた応答でよい。
・順序付け検証(図12)において、後述のS1212が行われた場合、S514は行われる。すなわち、順序付け検証において応答にセットされたOKはエラーに差し替えられる。
・プライマリプルーフは、当該プルーフに対応のレコードの作成に使用された全てのレコードのID及びバージョンの集合であるインプット404を有する。同様に、ロックエントリ300も、当該ロックエントリ300に対応のレコードの作成に使用された全てのレコードのID及びバージョンの集合であるインプット306を有する。
・従って、プライマリプルーフもロックエントリ300も、トランザクションにおけるレコードの依存関係を表している。つまり、両方ともトランザクション間の依存関係を表している。
・トランザクション間の依存関係が同じである、ということは、トランザクションは同じ半順序で並んでいることを意味する。
・以上の通りであるため、プライマリプルーフとロックエントリ300との比較を各プライマリプルーフについて行うことは、セカンダリシステム150Sにおける順序付けとプライマリシステム150Pにおける順序付けとの比較に相当する。プライマリシステム150Pとセカンダリシステム150S間でトランザクションの半順序が同じため、同じ結果が導出される。
Claims (13)
- 第1及び第2の計算機システムから構成されるデータ管理システムであって、
対象の状態を表すオブジェクトをリード及び/又はライトするトランザクションの要求であるトランザクション要求を送信するクライアントと、
同一のトランザクション要求について同じ決定的関数を実行する第1及び第2のサーバと
を備え、
前記第1の計算機システムが、第1のオブジェクト群セットを管理し、当該第1のオブジェクト群セットは、対象毎の第1のオブジェクト群であり、第1のオブジェクト群は、一つ以上の第1のオブジェクトであり、第1のオブジェクトは、対象の状態を表し、
前記第2の計算機システムが、第2のオブジェクト群セットを管理し、当該第2のオブジェクト群セットは、対象毎の第2のオブジェクト群であり、第2のオブジェクト群は、一つ以上の第2のオブジェクトであり、第2のオブジェクトは、対象の状態を表し、
前記第1のサーバが、前記第1の計算機システムに備えられ、
前記第2のサーバが、前記第2の計算機システムに備えられ、
順序付けフェーズ、コミットフェーズ及び検証フェーズがあり、
トランザクション要求毎に、
前記順序付けフェーズにおいて、
前記クライアントが、当該トランザクション要求を前記第2のサーバに送信し、
前記第2のサーバが、前記クライアントからの当該トランザクション要求をstrict serializableな半順序に順序付けし、
前記コミットフェーズにおいて、
前記クライアントが、当該トランザクション要求を前記第1のサーバに送信し、
前記第1のサーバが、前記クライアントからの当該トランザクション要求に従うトランザクションを、前記順序付けフェーズにおいて決定された半順序で実行し、当該トランザクション要求の第1の応答を前記クライアントに返し、
前記検証フェーズにおいて、
前記第2のサーバが、前記クライアントからのトランザクション要求に従うトランザクションを前記順序付けフェーズにおいて決定された半順序で実行し、当該トランザクション要求の第2の応答を前記クライアントに返し、
前記クライアントが、前記第2の応答と前記第1の応答との比較の結果を基に、ビザンチン故障を検知する、
データ管理システム。 - 前記順序付けフェーズにおいて、
前記第2のサーバが、前記クライアントからのトランザクション要求に従うトランザクションを仮実行することで当該トランザクションの競合の有無を判定し、競合が無いことが判定された場合に所定の応答を前記クライアントに返し、
前記コミットフェーズにおいて、
前記所定の応答を受信したクライアントが、前記トランザクション要求を前記第1のサーバに送信し、
前記第1のサーバが、前記クライアントからのトランザクション要求に従うトランザクションを実行し、当該トランザクションにおいてリード及び/又はライトされた一つ以上の第1のオブジェクトの各々について第1のプルーフを作成し、当該トランザクションの実行結果である第1の結果と、当該作成された一つ以上の第1のプルーフとを有する第1の応答を前記クライアントに返し、
前記検証フェーズにおいて、
前記第2のサーバが、当該トランザクション要求に従うトランザクションを実行し、当該トランザクションにおいてリード及び/又はライトされた一つ以上の第2のオブジェクトの各々について第2のプルーフを作成し、当該トランザクションの実行結果である第2の結果と、当該作成された一つ以上の第2のプルーフとを有する第2の応答を前記クライアントに返し、
前記クライアントが、前記第1の応答が有する一つ以上の第1のプルーフと、前記第2の応答が有する一つ以上の第2のプルーフとが一致するか否かの判定と、前記第1の応答が有する第1の結果と、前記第2の応答が有する第2の結果とが一致するか否かの判定とを行い、いずれかの判定の結果が偽の場合にビザンチン故障を検知する、
請求項1に記載のデータ管理システム。 - 前記順序付けフェーズにおいて、前記第2のサーバが、前記受信したトランザクション要求に従うトランザクションを仮実行することで、リード又はライトされる一つ以上の第2のオブジェクトを特定し、当該特定された一つ以上の第2のオブジェクトの各々についてロックを取得できた場合に、前記所定の応答を返し、
前記検証フェーズにおいて、前記第2のサーバが、前記トランザクション要求に従うトランザクションを実行した場合に、当該トランザクション要求について前記順序付けフェーズにおいて取得した全てのロックを解放する、
請求項2に記載のデータ管理システム。 - 第2のオブジェクトがロックされてから一定時間経過しても当該第2のオブジェクトがロックされたままの場合、
前記第2のサーバが、当該ロックを取得しているトランザクションを特定し、特定されたトランザクションのIDを指定した所定の要求を前記第1のサーバに送信し、
前記第1のサーバが、前記所定の要求を受信し、当該要求で指定されているIDに対応のトランザクションについてのステータスを表す応答を返し、
前記第2のサーバが、当該応答を受信し、当該応答が表すステータスがアボート済の場合、当該第2のオブジェクトのロックを解放する、
請求項3に記載のデータ管理システム。 - 前記受信した応答が表すステータスがコミット済であり、取得されているロックのタイプがリードロックの場合、前記第2のサーバが、当該第2のオブジェクトのロックを解放する、
請求項4に記載のデータ管理システム。 - 前記受信した応答が表すステータスがコミット済であり、取得されているロックのタイプがライトロックの場合、
前記第2のサーバが、当該第2のオブジェクトのオブジェクトIDと、当該ロックが取得されたときの当該第2のオブジェクトのバージョンとを特定し、当該特定されたオブジェクトIDと、当該特定されたバージョンの次のバージョンとを指定したプルーフ要求を、前記第1のサーバに送信し、
前記第1のサーバが、当該プルーフ要求を受信し、当該プルーフ要求で指定されているオブジェクトID及びバージョンの第1のオブジェクトを特定し、当該特定された第1のオブジェクトの第1のプルーフを作成し、当該第1のプルーフを返し、
当該第1のプルーフは、当該第1のオブジェクトのオブジェクトID及びバージョンと、当該第1のオブジェクトの作成に使用された全ての第1のオブジェクトのオブジェクトID及びバージョンの集合である第1のインプットとを含み、
前記第2のサーバが、当該第1のプルーフを受信し、当該第1のプルーフを用いて、当該ロックが取得されたときの第2のオブジェクトの次バージョンの第2のオブジェクトを作成し、当該作成された次バージョンの第2のオブジェクトを前記第2のオブジェクト群セットにライトし、当該ロックを解放する、
請求項4に記載のデータ管理システム。 - 前記第2のサーバが、
前記受信した第1のプルーフが表すバージョンと、当該ロックが取得されたときの第2のオブジェクトのバージョンとの比較を含む検証である順序付け検証を行い、
当該検証においてエラーが検知されない場合に、前記次バージョンの第2のオブジェクトを作成及びライトと、当該ロックの解放とを行う、
請求項6に記載のデータ管理システム。 - 前記受信した応答が表すステータスがアボート済及びコミット済のいずれでもない場合、前記第2のサーバは、
当該ロックを解放せず、
当該ロックが取得されている第2のオブジェクトを別のトランザクションがリード又はライトする場合に、前記所定の要求を前記第1のサーバに送信する、
請求項4に記載のデータ管理システム。 - 前記検証フェーズにおいて、前記第2のサーバが、前記クライアントから前記一つ以上の第1のプルーフを受信し、当該一つ以上の第1のプルーフについて順序付け検証を行い、
第1のプルーフは、当該第1のプルーフに対応の第1のオブジェクトのオブジェクトID及びバージョンと、当該第1のオブジェクトの作成に使用された全ての第1のオブジェクトのオブジェクトID及びバージョンの集合である第1のインプットとを含み、
前記順序付け検証において、第1のプルーフにおけるオブジェクトIDと同じオブジェクトIDの第2のオブジェクトについて取得されているロックのタイプがライトロックであり、且つ、当該ロックが取得されたときの第2のオブジェクトの次バージョンと、当該第1のプルーフが表すバージョンとが同じである場合、前記第2のサーバが、
当該ロックが取得されたオブジェクトIDについて次バージョンのレコードを生成するためにリードされた全ての第2のオブジェクトのオブジェクトID及びバージョンの集合である第2のインプットと、前記受信した第1のプルーフにおける第1のインプットとが一致しているか否かを判定し、
当該判定の結果が偽である場合、ビザンチン故障を意味するビザンチン故障エラーを前記クライアントに返す、
請求項2に記載のデータ管理システム。 - 前記順序付け検証において、前記第2のサーバは、前記一つ以上の第1のプルーフのいずれについてもエラーが検知されなかった場合、前記トランザクション要求に従うトランザクションを実行する、
請求項9に記載のデータ管理システム。 - 前記順序付け検証において下記のいずれかの場合に、前記第2のサーバは、ビザンチン故障の可能性があることを意味するエラーである検証エラーを前記クライアントに返す、
・第1のプルーフにおけるオブジェクトIDと同じオブジェクトIDの第2のオブジェクトについて取得されているロックのタイプがリードロックであり、且つ、当該ロックが取得されたときの第2のオブジェクトのバージョンと、当該第1のプルーフが表すバージョンとが異なっている、
・第1のプルーフにおけるオブジェクトIDと同じオブジェクトIDの第2のオブジェクトについて取得されているロックのタイプがライトロックであり、且つ、当該ロックが取得されたときの第2のオブジェクトの次バージョンと、当該第1のプルーフが表すバージョンとが異なっている、
請求項9に記載のデータ管理システム。 - 前記順序付けフェーズにおいて、
前記第2のサーバは、前記クライアントからのトランザクション要求にクライアントの正しい認証用データがあるかを検証し、
前記第2のサーバは、前記第2のサーバの認証用データを前記クライアントに返し、
前記コミットフェーズにおいて、
前記第1のサーバは、前記クライアントからのトランザクション要求に、クライアント及び第2のサーバのそれぞれの正しい認証用データがあるかを検証し、
前記第1のサーバは、前記一つ以上の第1のプルーフの各々に、前記第1のサーバの認証用データを含め、
前記検証フェーズにおいて、
前記第2のサーバは、前記クライアントからの一つ以上の第1のプルーフの各々に第1のサーバの正しい認証用データがあるかを検証し、
前記第1及び第2のサーバのいずれも、認証用データの検証においてエラーが検知された場合、認証エラーを前記クライアントに返し、
前記順序付けフェーズ又は前記コミットフェーズにおける認証エラーは、ビザンチン故障であるが第1及び第2のオブジェクト群セットには相違が生じないエラーであり、
前記検証フェーズにおける認証エラーは、ビザンチン故障であり第1及び第2のオブジェクト群セットに相違が生じているエラーである、
請求項2に記載のデータ管理システム。 - 第1及び第2の計算機システムから構成されるデータ管理システムにより行われる方法であって、
対象の状態を表すオブジェクトをリード及び/又はライトするトランザクションの要求であるトランザクション要求毎に、
順序付けフェーズにおいて、
クライアントが、当該トランザクション要求を第2のサーバに送信し、
前記第2のサーバが、前記クライアントからの当該トランザクション要求をstrict serializableな半順序に順序付けし、
コミットフェーズにおいて、
前記クライアントが、当該トランザクション要求を第1のサーバに送信し、
前記第1のサーバが、前記クライアントからの当該トランザクション要求に従うトランザクションを、前記順序付けフェーズにおいて決定された半順序で実行し、当該トランザクション要求の第1の応答を前記クライアントに返し、
検証フェーズにおいて、
前記第2のサーバが、前記クライアントからのトランザクション要求に従うトランザクションを前記順序付けフェーズにおいて決定された半順序で実行し、当該トランザクション要求の第2の応答を前記クライアントに返し、
前記クライアントが、前記第2の応答と前記第1の応答との比較の結果を基に、ビザンチン故障を検知し、
前記第1のサーバが、前記第1の計算機システムに備えられており、
前記第2のサーバが、前記第2の計算機システムに備えられており、
前記第1及び第2のサーバは、同一のトランザクション要求について同じ決定的関数を実行するようになっており、
前記第1の計算機システムが、第1のオブジェクト群セットを管理し、当該第1のオブジェクト群セットは、対象毎の第1のオブジェクト群であり、第1のオブジェクト群は、一つ以上の第1のオブジェクトであり、第1のオブジェクトは、対象の状態を表し、
前記第2の計算機システムが、第2のオブジェクト群セットを管理し、当該第2のオブジェクト群セットは、対象毎の第2のオブジェクト群であり、第2のオブジェクト群は、一つ以上の第2のオブジェクトであり、第2のオブジェクトは、対象の状態を表す、
データ管理方法。
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