Últimos avances y aplicaciones del protocolo de consenso de la cadena de bloques
La tecnología de cadena de bloques, como una tecnología de libro mayor distribuido y descentralizado, asegura la integridad y consistencia de los datos a través de mecanismos de consenso. El mecanismo de consenso es el núcleo del sistema de cadena de bloques, y su rendimiento afecta directamente la escalabilidad y seguridad de la cadena de bloques. El mecanismo de consenso de tolerancia a fallos bizantinos asíncronos (BFT) tiene ventajas únicas en el manejo de la latencia de la red y el fallo de nodos parciales, por lo que se ha convertido en el foco de investigación.
Este informe explora el estado actual del desarrollo de los protocolos de consenso de la cadena de bloques, centrándose en el análisis de los últimos avances en el protocolo de replicación de máquinas de estado tolerantes a fallos bizantinos asíncronos (BFT SMR). El protocolo asíncrono más rápido actualmente es el 2-chain VABA, con una latencia esperada de 9.5δ. Sin embargo, debido a vulnerabilidades, este protocolo no logró alcanzar su rendimiento esperado. Por lo tanto, el sMVBA se ha convertido en el protocolo MVBA asíncrono más rápido en la actualidad, con una latencia esperada de 10δ. El informe también presenta dos nuevos diseños de protocolo, a saber, 2PAC (consenso asíncrono de 2 fases) y bloques de súper rápida canalización, que muestran mejoras significativas en términos de rendimiento y latencia.
Modelo y definición
En el modelo BFT asíncrono, el sistema consta de n = 3f + 1 procesos, donde f procesos pueden ser maliciosamente comprometidos. Estos procesos se comunican entre sí a través de canales asíncronos, y la latencia de la transmisión de mensajes es incontrolable. Cada proceso posee un par de claves públicas y privadas para firmar y verificar, asegurando la autenticidad y la integridad de los mensajes.
Cadena de bloques Consenso
El protocolo de consenso de la cadena de bloques tiene como objetivo lograr que todos los nodos honestos lleguen a un acuerdo sobre el estado de la cadena de bloques. Cada nodo recibe continuamente nuevas transacciones, las empaqueta en bloques y asegura a través del protocolo de consenso que estos bloques sean acordados por todos los nodos honestos. El protocolo de consenso de la cadena de bloques debe cumplir con los siguientes requisitos básicos:
Actividad: En la ejecución infinita, existe una cadena de bloques decidida de longitud infinita.
Consistencia: Si existen dos cadenas de bloques decididas, una de ellas debe ser un prefijo de la otra.
Calidad P: En la cadena de bloques ya decidida, la proporción de transacciones ingresadas por nodos honestos debe ser al menos p.
Desafíos actuales del protocolo de consenso asíncrono
El protocolo VABA de 2-chain, aunque se espera un retraso de 9.5δ, presenta múltiples formas de ataque que comprometen su consenso y actividad. Por ejemplo, ataques derivados de la falta de verificación de la autenticación, ataques que obstaculizan la actividad utilizando estrategias de mejora, así como ataques de consistencia derivados de la relajación de la definición de la autenticación del líder, entre otros. A pesar de que el protocolo introduce algunos mecanismos nuevos, como la ejecución paralela de múltiples instancias paralelas, aún no ha logrado resolver completamente estos problemas.
Nuevo diseño de protocolo: 2PAC (consenso asíncrono en 2 fases)
Basado en el análisis del protocolo existente, los investigadores propusieron el protocolo 2PAC. Este protocolo mejora significativamente el rendimiento al simplificar y optimizar el proceso de consenso. Esto incluye dos variantes:
2PAClean：
Se logró más del 90% de capacidad de procesamiento y una latencia esperada de 9.5δ, con una complejidad de mensajes de O(n²).
Se mejoró la eficiencia del protocolo al eliminar interacciones y costos de cálculo innecesarios.
2PACBIG：
Es el protocolo de consenso de cadena de bloques más rápido, con una complejidad de mensajes de O(n³).
El tiempo de ejecución de un solo MVBA sin fallos es de 4δ, lo que reduce significativamente la latencia.
Cadena de bloques de flujo rápido
Los investigadores propusieron un nuevo diseño de bloque en tubería que reduce significativamente la latencia de los bloques en tubería. Al introducir un mecanismo de ruta rápida, el tiempo de decisión de los bloques en tubería es incluso menor que el de los bloques no en tubería bajo un programador justo. Este mecanismo garantiza la latencia de la ruta rápida en todas las ejecuciones y no se ve afectado por el comportamiento de los procesos fallidos.
Resultados cuantitativos
A través del análisis teórico y pruebas prácticas, el retraso esperado de 2PAClean en el peor de los casos es de 9.5δ, mientras que en el mejor de los casos (sin fallos y con un programador semijusto) es de 6δ. En comparación, el retraso esperado de sMVBA es de 10δ, y en el mejor de los casos es de 6δ. Por lo tanto, 2PAClean reduce el retraso en el peor de los casos en 0.5δ, manteniendo el mismo retraso en el mejor de los casos. Además, el rendimiento de 2PAClean mejora entre un 80% y un 100% en comparación con el sMVBA en cadena, lo que se debe principalmente a que el nuevo diseño evita el descarte innecesario de bloques y la sobrecarga computacional.
2PACBIG como un protocolo con una complejidad de mensaje de O(n³), su tiempo de ejecución de MVBA por única vez es de 4δ, más rápido que todos los protocolos existentes. Además, el diseño de bloque en tubería ultra rápido permite que s2PAClean y s2PACBIG logren un tiempo de decisión de bloque en tubería de 4δ y 3δ respectivamente, mejorando aún más el rendimiento del protocolo.
Evaluación de cálculo
Para verificar el rendimiento del nuevo protocolo, los investigadores realizaron una amplia evaluación computacional. Los resultados mostraron que 2PAClean y 2PACBIG mostraron un rendimiento sobresaliente en diversas condiciones de red, especialmente en entornos de alta latencia y alta tasa de fallos. En concreto, 2PAClean logró un buen equilibrio entre la latencia de mensajería y la complejidad computacional, mientras que 2PACBIG alcanzó una menor latencia a través de la paralelización y la optimización del proceso de votación.
Direcciones de investigación futura
Optimización del protocolo: simplificar y optimizar aún más la estructura del protocolo, reduciendo la transmisión de mensajes innecesarios y los costos de cálculo.
Análisis de seguridad: análisis profundo de la seguridad del nuevo protocolo en diversos escenarios de ataque, asegurando su fiabilidad en aplicaciones prácticas.
Aplicación práctica: aplicar el nuevo protocolo en sistemas de cadena de bloques reales, verificando su rendimiento en entornos de red reales.
Con el continuo desarrollo de la tecnología de la cadena de bloques, el protocolo de consenso BFT asíncrono desempeñará un papel cada vez más importante en la garantía de la seguridad y la mejora del rendimiento. El diseño de 2PAC y de bloques de tuberías ultrarrápidas muestra la dirección futura del desarrollo de los protocolos de consenso de la cadena de bloques, es decir, lograr un mayor rendimiento y una menor latencia mediante la simplificación de la estructura del protocolo y la optimización del proceso de consenso.
Estos nuevos protocolos no solo han demostrado su superioridad en teoría, sino que también han mostrado un rendimiento excepcional en pruebas prácticas, proporcionando nuevas ideas para lograr protocolos de consenso de cadena de bloques eficientes y seguros. A través de una investigación y optimización continuas, la tecnología de cadena de bloques desempeñará un papel aún más importante en la economía digital del futuro, mientras que la nueva generación de protocolos de consenso proporcionará una base sólida para el desarrollo de esta tecnología.
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ETHReserveBank
· 08-02 04:58
Se ha volcado, hermano.
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WalletDetective
· 08-01 18:19
El rendimiento es la clave
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MainnetDelayedAgain
· 08-01 17:32
Es rápido, pero no estable.
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SignatureDenied
· 07-30 09:26
Esta latencia no es lo suficientemente corta.
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NullWhisperer
· 07-30 09:26
El rendimiento puede ser aún más rápido
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AirdropBlackHole
· 07-30 09:23
El defecto técnico fue decepcionante.
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BankruptcyArtist
· 07-30 09:22
¿No es demasiado lento el aumento de rendimiento?
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DevChive
· 07-30 09:22
El aumento de velocidad es realmente agradable.
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OffchainOracle
· 07-30 09:14
La capacidad de procesamiento aún se puede manejar.
Innovación del protocolo 2PAC: la Cadena de bloques logra 9.5δ de latencia y un aumento del 90% en el rendimiento
Últimos avances y aplicaciones del protocolo de consenso de la cadena de bloques
La tecnología de cadena de bloques, como una tecnología de libro mayor distribuido y descentralizado, asegura la integridad y consistencia de los datos a través de mecanismos de consenso. El mecanismo de consenso es el núcleo del sistema de cadena de bloques, y su rendimiento afecta directamente la escalabilidad y seguridad de la cadena de bloques. El mecanismo de consenso de tolerancia a fallos bizantinos asíncronos (BFT) tiene ventajas únicas en el manejo de la latencia de la red y el fallo de nodos parciales, por lo que se ha convertido en el foco de investigación.
Este informe explora el estado actual del desarrollo de los protocolos de consenso de la cadena de bloques, centrándose en el análisis de los últimos avances en el protocolo de replicación de máquinas de estado tolerantes a fallos bizantinos asíncronos (BFT SMR). El protocolo asíncrono más rápido actualmente es el 2-chain VABA, con una latencia esperada de 9.5δ. Sin embargo, debido a vulnerabilidades, este protocolo no logró alcanzar su rendimiento esperado. Por lo tanto, el sMVBA se ha convertido en el protocolo MVBA asíncrono más rápido en la actualidad, con una latencia esperada de 10δ. El informe también presenta dos nuevos diseños de protocolo, a saber, 2PAC (consenso asíncrono de 2 fases) y bloques de súper rápida canalización, que muestran mejoras significativas en términos de rendimiento y latencia.
Modelo y definición
En el modelo BFT asíncrono, el sistema consta de n = 3f + 1 procesos, donde f procesos pueden ser maliciosamente comprometidos. Estos procesos se comunican entre sí a través de canales asíncronos, y la latencia de la transmisión de mensajes es incontrolable. Cada proceso posee un par de claves públicas y privadas para firmar y verificar, asegurando la autenticidad y la integridad de los mensajes.
Cadena de bloques Consenso
El protocolo de consenso de la cadena de bloques tiene como objetivo lograr que todos los nodos honestos lleguen a un acuerdo sobre el estado de la cadena de bloques. Cada nodo recibe continuamente nuevas transacciones, las empaqueta en bloques y asegura a través del protocolo de consenso que estos bloques sean acordados por todos los nodos honestos. El protocolo de consenso de la cadena de bloques debe cumplir con los siguientes requisitos básicos:
Desafíos actuales del protocolo de consenso asíncrono
El protocolo VABA de 2-chain, aunque se espera un retraso de 9.5δ, presenta múltiples formas de ataque que comprometen su consenso y actividad. Por ejemplo, ataques derivados de la falta de verificación de la autenticación, ataques que obstaculizan la actividad utilizando estrategias de mejora, así como ataques de consistencia derivados de la relajación de la definición de la autenticación del líder, entre otros. A pesar de que el protocolo introduce algunos mecanismos nuevos, como la ejecución paralela de múltiples instancias paralelas, aún no ha logrado resolver completamente estos problemas.
Nuevo diseño de protocolo: 2PAC (consenso asíncrono en 2 fases)
Basado en el análisis del protocolo existente, los investigadores propusieron el protocolo 2PAC. Este protocolo mejora significativamente el rendimiento al simplificar y optimizar el proceso de consenso. Esto incluye dos variantes:
2PAClean：
2PACBIG：
Cadena de bloques de flujo rápido
Los investigadores propusieron un nuevo diseño de bloque en tubería que reduce significativamente la latencia de los bloques en tubería. Al introducir un mecanismo de ruta rápida, el tiempo de decisión de los bloques en tubería es incluso menor que el de los bloques no en tubería bajo un programador justo. Este mecanismo garantiza la latencia de la ruta rápida en todas las ejecuciones y no se ve afectado por el comportamiento de los procesos fallidos.
Resultados cuantitativos
A través del análisis teórico y pruebas prácticas, el retraso esperado de 2PAClean en el peor de los casos es de 9.5δ, mientras que en el mejor de los casos (sin fallos y con un programador semijusto) es de 6δ. En comparación, el retraso esperado de sMVBA es de 10δ, y en el mejor de los casos es de 6δ. Por lo tanto, 2PAClean reduce el retraso en el peor de los casos en 0.5δ, manteniendo el mismo retraso en el mejor de los casos. Además, el rendimiento de 2PAClean mejora entre un 80% y un 100% en comparación con el sMVBA en cadena, lo que se debe principalmente a que el nuevo diseño evita el descarte innecesario de bloques y la sobrecarga computacional.
2PACBIG como un protocolo con una complejidad de mensaje de O(n³), su tiempo de ejecución de MVBA por única vez es de 4δ, más rápido que todos los protocolos existentes. Además, el diseño de bloque en tubería ultra rápido permite que s2PAClean y s2PACBIG logren un tiempo de decisión de bloque en tubería de 4δ y 3δ respectivamente, mejorando aún más el rendimiento del protocolo.
Evaluación de cálculo
Para verificar el rendimiento del nuevo protocolo, los investigadores realizaron una amplia evaluación computacional. Los resultados mostraron que 2PAClean y 2PACBIG mostraron un rendimiento sobresaliente en diversas condiciones de red, especialmente en entornos de alta latencia y alta tasa de fallos. En concreto, 2PAClean logró un buen equilibrio entre la latencia de mensajería y la complejidad computacional, mientras que 2PACBIG alcanzó una menor latencia a través de la paralelización y la optimización del proceso de votación.
Direcciones de investigación futura
Con el continuo desarrollo de la tecnología de la cadena de bloques, el protocolo de consenso BFT asíncrono desempeñará un papel cada vez más importante en la garantía de la seguridad y la mejora del rendimiento. El diseño de 2PAC y de bloques de tuberías ultrarrápidas muestra la dirección futura del desarrollo de los protocolos de consenso de la cadena de bloques, es decir, lograr un mayor rendimiento y una menor latencia mediante la simplificación de la estructura del protocolo y la optimización del proceso de consenso.
Estos nuevos protocolos no solo han demostrado su superioridad en teoría, sino que también han mostrado un rendimiento excepcional en pruebas prácticas, proporcionando nuevas ideas para lograr protocolos de consenso de cadena de bloques eficientes y seguros. A través de una investigación y optimización continuas, la tecnología de cadena de bloques desempeñará un papel aún más importante en la economía digital del futuro, mientras que la nueva generación de protocolos de consenso proporcionará una base sólida para el desarrollo de esta tecnología.