同步、半同步、异步的理解

同步、半同步、异步定义一

同步是指节点之间的延迟存在一个已知的 Δt 上界
半同步是指节点之间的延迟存在一个 Δt 的上界，但是不知道上界是多少，但是消息一定会传送到。
异步只保证最终消息可达，对传输时间的上限没有假设。

同步、半同步、异步定义二

同步（synchronous）网络假设网络中的消息能够在一个已知的时间 Δ 内到达，这是一种非常理想的假设，实际的工程实践中很难保证这一假设成立。
半同步（partially synchronous）网络假设在一个 GST（global stabilization time）事件之后，消息在 Δ 时间内到达。随着网络技术的发展，这种假设已经能符合我们生活中遇到多绝大多数网络情况，而且设计和实现这类协议的难度不高，因此很多常见的协议比如 Paxos、Raft、PBFT 等都是基于半同步网络假设设计的共识协议。这些协议虽然能够保证在任何网络情况下系统的一致性，但在异步网络下会丧失活性。
异步（Asynchronous）网络只保证消息最终能到达，并没有到达时间的限制，这几乎涵盖所有网络情况。由此可见，异步 BFT 协议的鲁棒性最强，即使在极端网络条件下协议也不会丧失活性。

比特币为什么是同步协议

同步和半同步的区别在于，同步假设下，超过设定的时间，系统安全性会丧失。半同步假设下，超时之后系统安全性不会丧失。

在比特币系统中，如果节点 10 分钟内无法收到新区块，那么整个网络有很大的风险会出现分叉，当网络出现分叉时，系统的安全性已经受到威胁，因此，比特币可以理解为同步协议。

CAP 理论

一个分布式系统中，Consistency、Availability、Partition tolerance 无法同时获得。

一致性（Consistency）：任何事务应该都是原子的，所有副本上的状态都是事务成功提交后的结果，并保持强一致；
可用性（Availability）：系统（非失败节点）能在有限时间内完成对操作请求的应答；
分区容忍性（Partition）：系统中的网络可能发生分区故障（成为多个子网，甚至出现节点上线和下线），即节点之间的通信无法保障。而网络故障不应该影响到系统正常服务。

CAP 原理认为，分布式系统最多只能保证三项特性中的两项特性。

FLP 不可能原理

FLP 不可能原理：在网络可靠、但允许节点失效（即便只有一个）的最小化异步模型系统中，不存在一个可以解决一致性问题的确定性共识算法（No completely asynchronous consensus protocol can tolerate even a single unannounced process death）。

参考

Consensus: Bridging Theory and Practice (stanford.edu)

FLP 不可能原理 - 区块链技术指南 (gitbook.io)

[Synchrony, Asynchrony and Partial synchrony](Synchrony, Asynchrony and Partial synchrony (decentralizedthoughts.github.io))

[共识问题之三：拜占庭容错（BFT）共识算法的发展历程](共识问题之三：拜占庭容错（BFT）共识算法的发展历程 - 知乎 (zhihu.com))