دراسة بروتوكول إجماع البلوكتشين: أحدث التقدمات والتطبيقات في BFT غير المتزامن
نظرة عامة
تستعرض هذه المقالة حالة تطوير بروتوكول الإجماع للبلوكتشين، مع التركيز على تحليل أحدث التقدم في بروتوكول BFT SMR (نسخ آلة الحالة ذات التسامح مع أخطاء بيزنطية غير متزامنة). حاليًا، يعتبر sMVBA أسرع بروتوكول MVBA غير متزامن، مع تأخير متوقع قدره 10δ. كما تقدم المقالة تصميمين جديدين للبروتوكول: 2PAC (الإجماع غير المتزامن من مرحلتين) وكتل أنبوبية فائقة السرعة، حيث حققت هذه التصاميم تحسينات ملحوظة في الإنتاجية والتأخير.
الخلفية
تقنية البلوكتشين هي تقنية دفتر أستاذ موزع غير مركزي، تضمن سلامة البيانات وتناسقها من خلال آلية الإجماع. آلية الإجماع هي جوهر نظام البلوكتشين، حيث تؤثر أداؤها بشكل مباشر على قابلية توسيع البلوكتشين وأمانه. تتمتع آلية الإجماع المعتمدة على التسامح مع الأخطاء البيزنطية غير المتزامنة (BFT) بمزايا فريدة في مواجهة تأخيرات الشبكة وفشل بعض العقد، وبالتالي أصبحت محورًا للبحث.
النماذج والتعريفات
في نموذج BFT غير المتزامن، يتكون النظام من n = 3f + 1 عملية، حيث يمكن أن تتعرض f عملية للتخريب الخبيث. تتواصل هذه العمليات مع بعضها البعض عبر قنوات غير متزامنة، ويتم التحكم في تأخير نقل الرسائل بواسطة الخصوم. تمتلك كل عملية زوجًا من المفاتيح العامة والخاصة للتوقيع والتحقق، لضمان صحة الرسائل وسلامتها.
متطلبات إجماع البلوكتشين
يجب أن تلبي بروتوكول الإجماع على البلوكتشين المتطلبات الأساسية التالية:
النشاط: في التنفيذ غير المحدود، يوجد بلوكتشين محدد بشكل لا نهائي.
التناسق: إذا كانت هناك سلسلتان من الكتل المحددة، يجب أن تكون واحدة منهما سابقة للأخرى.
جودة P: في البلوكتشين الذي تم تحديده، يجب أن تمثل المعاملات المدخلة من قبل العقد الصادقة نسبة لا تقل عن p.
تحديات بروتوكول الإجماع غير المتزامن الحالي
على الرغم من أن بروتوكول VABA على سلسلة 2 كان يعتبر أسرع بروتوكول إجماع غير متزامن، مع تأخير متوقع يبلغ 9.5δ، إلا أن الأبحاث أظهرت أن هذا البروتوكول يحتوي على طرق هجوم متعددة تضر باتفاقه وحيويته. تشمل هذه المشاكل الهجمات الناتجة عن نقص التحقق من المصادقة، والهجمات التي تعيق الحيوية باستخدام استراتيجيات التعزيز، والهجمات على الاتفاق الناتجة عن تخفيف تعريف مصادقة القائد.
تصميم بروتوكول جديد: 2PAC (الإجماع غير المتزامن ذو المرحلتين)
استنادًا إلى تحليل البروتوكولات الحالية، اقترح الباحثون بروتوكول 2PAC. يقوم هذا البروتوكول من خلال تبسيط وتحسين عملية الإجماع بزيادة الأداء بشكل ملحوظ. ويشمل ذلك نوعين فرعيين:
2PAClean:
حققوا أكثر من 90% من الإنتاجية و9.5δ من التأخير المتوقع، وتعقيد الرسالة هو O(n²).
من خلال القضاء على التفاعلات والتكاليف الحسابية غير الضرورية، زادت كفاءة البروتوكول.
2PACBIG:
هو أسرع بروتوكول إجماع على البلوكتشين مع تعقيد رسالة حالية يبلغ O(n³).
زمن التشغيل لمرة واحدة لـ MVBA بدون أعطال هو 4δ، مما يقلل بشكل كبير من التأخير.
خط أنابيب كتلة فائقة السرعة
قدّم الباحثون تصميمًا جديدًا لكتلة تدفق، مما يقلل بشكل ملحوظ من تأخير كتلة التدفق. من خلال إدخال آلية المسار السريع، تحت جدولة عادلة، فإن وقت اتخاذ القرار لكتلة التدفق أقل حتى من كتلة غير التدفق. تضمن هذه الآلية تأخير المسار السريع في جميع التنفيذات، ولا تتأثر بسلوك العمليات الفاشلة.
تقييم الأداء
من خلال التحليل النظري والاختبارات العملية، فإن التأخير المتوقع لـ 2PAClean في أسوأ الحالات هو 9.5δ، بينما في الحالات الجيدة (بدون أعطال وموارد مجدولة بشكل نصف عادل) هو 6δ. بالمقارنة، فإن التأخير المتوقع لـ sMVBA هو 10δ، وفي الحالات الجيدة هو 6δ. لقد قلل 2PAClean التأخير في أسوأ الحالات بمقدار 0.5δ مع الحفاظ على نفس تأخير الحالة الجيدة. بالإضافة إلى ذلك، فإن معدل نقل البيانات الخاص بـ 2PAClean قد زاد بنسبة 80% إلى 100% مقارنةً بـ sMVBA المتسلسل.
2PACBIG كبروتوكول بقدرة تعقيد الرسالة O(n³)، فإن وقت تشغيل MVBA مرة واحدة هو 4δ، أسرع من جميع البروتوكولات الحالية. تصميم الكتلة الفائقة السرعة يجعل s2PAClean و s2PACBIG يحققان على التوالي 4δ و 3δ من وقت اتخاذ قرار كتلة خط الأنابيب، مما يعزز أداء البروتوكول.
نتائج تقييم الحساب
تظهر التقييمات الحسابية الواسعة أن 2PAClean و 2PACBIG يظهران أداءً ممتازًا في ظروف الشبكة المختلفة، خاصة في البيئات ذات التأخير العالي ومعدلات الفشل العالية. يحقق 2PAClean توازنًا جيدًا بين تأخير الرسائل وتعقيد الحساب، بينما يحقق 2PACBIG تأخيرًا أقل من خلال التوازي وتحسين عملية التصويت.
اتجاهات البحث المستقبلية
بروتوكول تحسين: مزيد من تبسيط وتحسين هيكل البروتوكول، وتقليل الرسائل غير الضرورية والأعباء الحسابية.
تحليل الأمان: تحليل عميق لأمان البروتوكول الجديد في مختلف سيناريوهات الهجوم، لضمان موثوقيته في التطبيقات العملية.
التطبيق العملي: تطبيق البروتوكول الجديد في أنظمة البلوكتشين الفعلية، للتحقق من أدائه في بيئات الشبكة الحقيقية.
استنتاج
تقوم هذه الدراسة بتحليل مفصل لمزايا وعيوب بروتوكولات الإجماع غير المتزامنة الحالية على البلوكتشين، وتقدم تصميمين جديدين للبروتوكولات، وهما 2PAC وكتلة التدفق السريع الفائق. تظهر هذه التصاميم الجديدة مزايا ملحوظة في زيادة معدل نقل البيانات وتقليل الكمون، مما يوفر مرجعًا مهمًا لتطور التكنولوجيا البلوكتشين في المستقبل. من خلال البحث المستمر والتحسين، من المتوقع أن تلعب التكنولوجيا البلوكتشين دورًا أكثر أهمية في الاقتصاد الرقمي المستقبلي، بينما ستوفر بروتوكولات الإجماع من الجيل الجديد أساسًا قويًا لتطور هذه التقنية.
شاهد النسخة الأصلية
This page may contain third-party content, which is provided for information purposes only (not representations/warranties) and should not be considered as an endorsement of its views by Gate, nor as financial or professional advice. See Disclaimer for details.
بروتوكول BFT اللاتزامني الجديد 2PAC: قفزة في أداء إجماع البلوكتشين
دراسة بروتوكول إجماع البلوكتشين: أحدث التقدمات والتطبيقات في BFT غير المتزامن
نظرة عامة
تستعرض هذه المقالة حالة تطوير بروتوكول الإجماع للبلوكتشين، مع التركيز على تحليل أحدث التقدم في بروتوكول BFT SMR (نسخ آلة الحالة ذات التسامح مع أخطاء بيزنطية غير متزامنة). حاليًا، يعتبر sMVBA أسرع بروتوكول MVBA غير متزامن، مع تأخير متوقع قدره 10δ. كما تقدم المقالة تصميمين جديدين للبروتوكول: 2PAC (الإجماع غير المتزامن من مرحلتين) وكتل أنبوبية فائقة السرعة، حيث حققت هذه التصاميم تحسينات ملحوظة في الإنتاجية والتأخير.
الخلفية
تقنية البلوكتشين هي تقنية دفتر أستاذ موزع غير مركزي، تضمن سلامة البيانات وتناسقها من خلال آلية الإجماع. آلية الإجماع هي جوهر نظام البلوكتشين، حيث تؤثر أداؤها بشكل مباشر على قابلية توسيع البلوكتشين وأمانه. تتمتع آلية الإجماع المعتمدة على التسامح مع الأخطاء البيزنطية غير المتزامنة (BFT) بمزايا فريدة في مواجهة تأخيرات الشبكة وفشل بعض العقد، وبالتالي أصبحت محورًا للبحث.
النماذج والتعريفات
في نموذج BFT غير المتزامن، يتكون النظام من n = 3f + 1 عملية، حيث يمكن أن تتعرض f عملية للتخريب الخبيث. تتواصل هذه العمليات مع بعضها البعض عبر قنوات غير متزامنة، ويتم التحكم في تأخير نقل الرسائل بواسطة الخصوم. تمتلك كل عملية زوجًا من المفاتيح العامة والخاصة للتوقيع والتحقق، لضمان صحة الرسائل وسلامتها.
متطلبات إجماع البلوكتشين
يجب أن تلبي بروتوكول الإجماع على البلوكتشين المتطلبات الأساسية التالية:
تحديات بروتوكول الإجماع غير المتزامن الحالي
على الرغم من أن بروتوكول VABA على سلسلة 2 كان يعتبر أسرع بروتوكول إجماع غير متزامن، مع تأخير متوقع يبلغ 9.5δ، إلا أن الأبحاث أظهرت أن هذا البروتوكول يحتوي على طرق هجوم متعددة تضر باتفاقه وحيويته. تشمل هذه المشاكل الهجمات الناتجة عن نقص التحقق من المصادقة، والهجمات التي تعيق الحيوية باستخدام استراتيجيات التعزيز، والهجمات على الاتفاق الناتجة عن تخفيف تعريف مصادقة القائد.
تصميم بروتوكول جديد: 2PAC (الإجماع غير المتزامن ذو المرحلتين)
استنادًا إلى تحليل البروتوكولات الحالية، اقترح الباحثون بروتوكول 2PAC. يقوم هذا البروتوكول من خلال تبسيط وتحسين عملية الإجماع بزيادة الأداء بشكل ملحوظ. ويشمل ذلك نوعين فرعيين:
2PAClean:
2PACBIG:
خط أنابيب كتلة فائقة السرعة
قدّم الباحثون تصميمًا جديدًا لكتلة تدفق، مما يقلل بشكل ملحوظ من تأخير كتلة التدفق. من خلال إدخال آلية المسار السريع، تحت جدولة عادلة، فإن وقت اتخاذ القرار لكتلة التدفق أقل حتى من كتلة غير التدفق. تضمن هذه الآلية تأخير المسار السريع في جميع التنفيذات، ولا تتأثر بسلوك العمليات الفاشلة.
تقييم الأداء
من خلال التحليل النظري والاختبارات العملية، فإن التأخير المتوقع لـ 2PAClean في أسوأ الحالات هو 9.5δ، بينما في الحالات الجيدة (بدون أعطال وموارد مجدولة بشكل نصف عادل) هو 6δ. بالمقارنة، فإن التأخير المتوقع لـ sMVBA هو 10δ، وفي الحالات الجيدة هو 6δ. لقد قلل 2PAClean التأخير في أسوأ الحالات بمقدار 0.5δ مع الحفاظ على نفس تأخير الحالة الجيدة. بالإضافة إلى ذلك، فإن معدل نقل البيانات الخاص بـ 2PAClean قد زاد بنسبة 80% إلى 100% مقارنةً بـ sMVBA المتسلسل.
2PACBIG كبروتوكول بقدرة تعقيد الرسالة O(n³)، فإن وقت تشغيل MVBA مرة واحدة هو 4δ، أسرع من جميع البروتوكولات الحالية. تصميم الكتلة الفائقة السرعة يجعل s2PAClean و s2PACBIG يحققان على التوالي 4δ و 3δ من وقت اتخاذ قرار كتلة خط الأنابيب، مما يعزز أداء البروتوكول.
نتائج تقييم الحساب
تظهر التقييمات الحسابية الواسعة أن 2PAClean و 2PACBIG يظهران أداءً ممتازًا في ظروف الشبكة المختلفة، خاصة في البيئات ذات التأخير العالي ومعدلات الفشل العالية. يحقق 2PAClean توازنًا جيدًا بين تأخير الرسائل وتعقيد الحساب، بينما يحقق 2PACBIG تأخيرًا أقل من خلال التوازي وتحسين عملية التصويت.
اتجاهات البحث المستقبلية
استنتاج
تقوم هذه الدراسة بتحليل مفصل لمزايا وعيوب بروتوكولات الإجماع غير المتزامنة الحالية على البلوكتشين، وتقدم تصميمين جديدين للبروتوكولات، وهما 2PAC وكتلة التدفق السريع الفائق. تظهر هذه التصاميم الجديدة مزايا ملحوظة في زيادة معدل نقل البيانات وتقليل الكمون، مما يوفر مرجعًا مهمًا لتطور التكنولوجيا البلوكتشين في المستقبل. من خلال البحث المستمر والتحسين، من المتوقع أن تلعب التكنولوجيا البلوكتشين دورًا أكثر أهمية في الاقتصاد الرقمي المستقبلي، بينما ستوفر بروتوكولات الإجماع من الجيل الجديد أساسًا قويًا لتطور هذه التقنية.