A distributed system is permissionless when participants can join and leave the network without permission from a central authority. Many modern distributed systems are naturally permissionless, in the sense that a central permissioning authority would defeat their design purpose: this includes blockchains, filesharing protocols, some voting systems, and more. By their permissionless nature, such systems are heterogeneous: participants may only have a partial view of the system, and they may also have different goals and beliefs. Thus, the traditional notion of consensus -- i.e. system-wide agreement -- may not be adequate, and we may need to generalise it. This is a challenge: how should we understand what heterogeneous consensus is; what mathematical framework might this require; and how can we use this to build understanding and mathematical models of robust, effective, and secure permissionless systems in practice? We analyse heterogeneous consensus using semitopology as a framework. This is like topology, but without the restriction that intersections of opens be open. Semitopologies have a rich theory which is related to topology, but with its own distinct character and mathematics. We introduce novel well-behavedness conditions, including an anti-Hausdorff property and a new notion of `topen set', and we show how these structures relate to consensus. We give a restriction of semitopologies to witness semitopologies, which are an algorithmically tractable subclass corresponding to Horn clause theories, having particularly good mathematical properties. We introduce and study several other basic notions that are specific and novel to semitopologies, and study how known quantities in topology, such as dense subsets and closures, display interesting and useful new behaviour in this new semitopological context.


翻译:分布式系统是无需中央机构许可即可加入和离开网络的称为不需要许可的。许多现代分布式系统是自然而然地无需权限的,因为一个中心许可机构将破坏它们的设计目的:这包括区块链、文件共享协议、一些投票系统等。由于它们的无需许可的本质,这些系统是异构的:参与者可能只有对系统的部分视图,并且他们可能也有不同的目标和信仰。因此,传统的共识观念——即系统范围内的一致——可能不足够,我们可能需要将其概括。这是一个挑战:我们应该如何理解异构共识是什么;这可能需要什么数学框架;我们如何使用这些数学模型来构建实现健壮、高效、安全的无需许可系统的理解?我们使用半拓扑分析异构共识作为框架。这类似于拓扑,但没有限制开集的交集必须为开集。半拓扑具有丰富的理论,与拓扑有关系,但具有自己独特的特征和数学。我们引入了新的良好行为条件,包括一种反Hausdorff性质和一种新的“topen集”的概念,并展示这些结构与共识的关系。我们给出半拓扑到见证半拓扑的限制,后者是一组算法可计算的子类,对应于Horn子句理论,具有特别好的数学性质。我们引入和研究了几个对半拓扑具有特定且新颖的基本概念,并研究了已知拓扑量在这种新的半拓扑上展示的有趣且有用的新行为,诸如密集子集和闭包。

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