Title
Towards Energy-Aware Byzantine Fault-Tolerant DAG-Based Consensus

Authors
Stefan	Pfahler	stefan.pfahler@fau.de	Germany	Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)	
Harald	Böhm	harald.boehm@uni-bamberg.de	Germany	Universität Bamberg	
Tobias	Distler	tobias.distler@uni-bamberg.de	Germany	Universität Bamberg	
Peter	Wägemann	waegemann@cs.fau.de	Germany	Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)	

Abstract
Das Internet der Dinge (IoT) stützt sich zunehmend auf eine große Anzahl von eingebetteten Geräten mit begrenzten Ressourcen, von denen viele nicht mit Batterien, sondern mittels Energy Harvesting betrieben werden. Energy Harvesting verbessert die Umweltfreundlichkeit und senkt die Wartungskosten dieser Geräte, führt jedoch aufgrund der unvorhersehbaren Stromverfügbarkeit zu einer intermittierenden Ausführung. In kritischen Einsatzbereichen müssen solche Geräte zusätzlich willkürliche Fehler tolerieren, was durch byzantinisch fehlertolerante (BFT) Zustandsmaschinenreplikation (SMR) erreicht werden kann. Bestehende BFT-Protokolle setzen jedoch eine zuverlässige Stromversorgung voraus und sind für intermittierende Systeme nicht geeignet.

Dieser Vortrag basiert auf den Ergebnissen einer Masterarbeit und adressiert diese Lücke, indem er NASO vorstellt, das erste BFT-replizierte System, das dafür ausgelegt ist, intermittierende Ausführung zu tolerieren. NASO basiert auf dem asynchronen byzantinischen Atomic-Broadcast-Protokoll (BAB) Narwhal & Tusk und passt es für die Ausführung auf eingebetteten Geräten mit begrenzten Ressourcen und intermittierender Stromversorgung an. Das Protokoll führt einen aufgabenbasierten Checkpointing-Mechanismus ein, der den Status einer Aufgabe und deren Nachrichtenpuffer sicher in nichtflüchtigen FRAM speichert und so eine korrekte Zustandswiederherstellung nach Stromausfällen ermöglicht. Um die Energieeffizienz und den Protokollfortschritt zu verbessern, klassifiziert NASO Aufgaben weiter in kritische und unkritische Kategorien und erzwingt energiebewusste Ausführungsbarrieren für energieintensive Vorgänge wie Kommunikation und Kryptografie. Das System wird anhand von Experimenten auf realer Hardware, konkret auf ESP32-C3-Mikrocontrollern, evaluiert. Die Evaluation zeigt, dass der Checkpointing-Mechanismus nur einen geringen Zeit- und Energiemehraufwand verursacht und dass die Gesamtleistung des Protokolls durch den Checkpointing-Aufwand nur geringfügig beeinträchtigt wird. Die Ergebnisse zeigen weiterhin, dass die energiebewusste Aufgabenausführung den Fortschritt unter starken Energiebeschränkungen erheblich verbessert.