Recherche sur les protocoles de consensus Blockchain : Derniers progrès et applications de l'asynchrone BFT
Aperçu
Cet article explore l'état actuel du développement des protocoles de consensus Blockchain, en se concentrant sur les derniers progrès du protocole de réplication de machine d'état tolérant aux fautes de type byzantin asynchrone (BFT SMR). Actuellement, sMVBA est le protocole MVBA asynchrone le plus rapide, avec un retard prévu de 10δ. L'article présente également deux nouvelles conceptions de protocole : 2PAC (consensus asynchrone en 2 étapes) et blocs super rapides en pipeline, qui montrent des améliorations significatives en termes de débit et de latence.
Contexte
La technologie Blockchain est une technologie de registre distribué décentralisé, qui assure l'intégrité et la cohérence des données grâce à un mécanisme de consensus. Le mécanisme de consensus est le cœur du système blockchain, dont les performances influencent directement l'évolutivité et la sécurité de la blockchain. Le mécanisme de consensus de tolérance aux pannes byzantines asynchrone (BFT) présente des avantages uniques pour faire face aux retards réseau et aux pannes partielles de nœuds, ce qui en fait un sujet de recherche clé.
Modèles et définitions
Dans le modèle BFT asynchrone, le système est composé de n = 3f + 1 processus, où f processus peuvent être compromis de manière malveillante. Ces processus communiquent entre eux via des canaux asynchrones, et le retard de transmission des messages est contrôlé par l'adversaire. Chaque processus possède une paire de clés publiques et privées pour la signature et la vérification, garantissant l'authenticité et l'intégrité des messages.
Consensus Blockchain requis
Le protocole de consensus de la blockchain doit répondre aux exigences de base suivantes :
Activité : dans une exécution infinie, il existe une chaîne de blocs décidée de longueur infinie.
Cohérence : Si deux blockchains décidées existent, l'une d'elles doit être le préfixe de l'autre.
Qualité P : Dans une blockchain décidée, la proportion de transactions soumises par des nœuds honnêtes doit être d'au moins p.
Défis actuels du protocole de consensus asynchrone
Bien que le protocole VABA à 2 chaînes ait été considéré comme le protocole de consensus asynchrone le plus rapide, avec un délai prévu de 9,5δ, des recherches ont révélé que ce protocole présente plusieurs types d'attaques, compromettant sa cohérence et sa vitalité. Ces problèmes incluent des attaques dues à un manque de vérification et d'authentification, des attaques qui exploitent des stratégies d'amélioration pour entraver la vitalité, ainsi que des attaques de cohérence résultant d'une définition relâchée de l'authentification des leaders.
Nouveau protocole de conception : 2PAC (Consensus asynchrone en 2 étapes)
Sur la base de l'analyse des protocoles existants, les chercheurs ont proposé le protocole 2PAC. Ce protocole améliore significativement la performance en simplifiant et en optimisant le processus de consensus. Il comprend spécifiquement deux variantes :
2PAClean :
Réalise plus de 90 % de débit et un délai d'attente prévu de 9,5 δ, avec une complexité de message de O(n²).
L'efficacité du protocole a été améliorée en éliminant les interactions et les coûts de calcul inutiles.
2PACBIG :
C'est le protocole de consensus Blockchain le plus rapide avec une complexité de message de O(n³).
Le temps d'exécution unique MVBA sans panne est de 4δ, ce qui réduit considérablement la latence.
Pipeline de bloc ultra-rapide
Les chercheurs ont proposé un nouveau design de bloc en pipeline, réduisant considérablement la latence du bloc en pipeline. En introduisant un mécanisme de chemin rapide, sous un ordonnanceur équitable, le temps de décision du bloc en pipeline est même inférieur à celui du bloc non en pipeline. Ce mécanisme garantit la latence du chemin rapide dans toutes les exécutions et n'est pas affecté par le comportement des processus en panne.
Évaluation des performances
À travers une analyse théorique et des tests pratiques, le délai attendu dans le pire des cas pour 2PAClean est de 9,5δ, tandis que dans le meilleur des cas (sans défaillance et avec un ordonnanceur semi-équitabilisé), il est de 6δ. En comparaison, le délai attendu pour sMVBA est de 10δ, et dans le meilleur des cas, il est de 6δ. 2PAClean a réduit le délai dans le pire des cas de 0,5δ tout en maintenant le même délai dans le meilleur des cas. De plus, le débit de 2PAClean est amélioré de 80 % à 100 % par rapport à sMVBA en chaîne.
2PACBIG en tant que protocole avec une complexité de message de O(n³), son temps d'exécution MVBA par instance est de 4δ, plus rapide que tous les protocoles existants. La conception de blocs en pipeline ultra-rapide permet à s2PAClean et s2PACBIG d'atteindre respectivement des temps de décision de blocs en pipeline de 4δ et 3δ, améliorant ainsi encore les performances du protocole.
Résultats d'évaluation des calculs
Des évaluations de calcul étendues montrent que 2PAClean et 2PACBIG affichent d'excellentes performances dans diverses conditions réseau, en particulier dans des environnements à forte latence et à taux de panne élevé. 2PAClean réalise un bon équilibre entre le délai de messagerie et la complexité de calcul, tandis que 2PACBIG atteint une latence plus faible grâce à la parallélisation et à l'optimisation du processus de vote.
Direction de recherche futures
protocole optimisé : simplifier et optimiser davantage la structure du protocole, réduire les transmissions de messages inutiles et les frais de calcul.
Analyse de la sécurité : Analyser en profondeur la sécurité du nouveau protocole dans divers scénarios d'attaque, en veillant à sa fiabilité dans les applications réelles.
Application pratique : appliquer le nouveau protocole à un système blockchain réel, afin de vérifier ses performances dans un environnement réseau réel.
Conclusion
Cette étude analyse en détail les avantages et les inconvénients des protocoles de consensus asynchrones actuels de Blockchain et propose deux nouveaux conceptions de protocole, à savoir 2PAC et Bloc ultra-rapide en pipeline. Ces nouvelles conceptions montrent des avantages significatifs en matière d'augmentation du débit et de réduction de la latence, fournissant des références importantes pour le développement futur de la technologie Blockchain. Grâce à des recherches et des optimisations continues, la technologie Blockchain devrait jouer un rôle de plus en plus important dans l'économie numérique de demain, tandis que la nouvelle génération de protocoles de consensus fournira une base solide pour le développement de cette technologie.
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blockBoy
· Il y a 5h
Bit principal accélérateur de particules
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LidoStakeAddict
· Il y a 5h
Le débit est vraiment génial.
Voir l'originalRépondre0
MetaNeighbor
· Il y a 5h
Les performances deviennent de plus en plus fortes.
Nouveau protocole BFT asynchrone 2PAC : saut de performance de consensus Blockchain
Recherche sur les protocoles de consensus Blockchain : Derniers progrès et applications de l'asynchrone BFT
Aperçu
Cet article explore l'état actuel du développement des protocoles de consensus Blockchain, en se concentrant sur les derniers progrès du protocole de réplication de machine d'état tolérant aux fautes de type byzantin asynchrone (BFT SMR). Actuellement, sMVBA est le protocole MVBA asynchrone le plus rapide, avec un retard prévu de 10δ. L'article présente également deux nouvelles conceptions de protocole : 2PAC (consensus asynchrone en 2 étapes) et blocs super rapides en pipeline, qui montrent des améliorations significatives en termes de débit et de latence.
Contexte
La technologie Blockchain est une technologie de registre distribué décentralisé, qui assure l'intégrité et la cohérence des données grâce à un mécanisme de consensus. Le mécanisme de consensus est le cœur du système blockchain, dont les performances influencent directement l'évolutivité et la sécurité de la blockchain. Le mécanisme de consensus de tolérance aux pannes byzantines asynchrone (BFT) présente des avantages uniques pour faire face aux retards réseau et aux pannes partielles de nœuds, ce qui en fait un sujet de recherche clé.
Modèles et définitions
Dans le modèle BFT asynchrone, le système est composé de n = 3f + 1 processus, où f processus peuvent être compromis de manière malveillante. Ces processus communiquent entre eux via des canaux asynchrones, et le retard de transmission des messages est contrôlé par l'adversaire. Chaque processus possède une paire de clés publiques et privées pour la signature et la vérification, garantissant l'authenticité et l'intégrité des messages.
Consensus Blockchain requis
Le protocole de consensus de la blockchain doit répondre aux exigences de base suivantes :
Défis actuels du protocole de consensus asynchrone
Bien que le protocole VABA à 2 chaînes ait été considéré comme le protocole de consensus asynchrone le plus rapide, avec un délai prévu de 9,5δ, des recherches ont révélé que ce protocole présente plusieurs types d'attaques, compromettant sa cohérence et sa vitalité. Ces problèmes incluent des attaques dues à un manque de vérification et d'authentification, des attaques qui exploitent des stratégies d'amélioration pour entraver la vitalité, ainsi que des attaques de cohérence résultant d'une définition relâchée de l'authentification des leaders.
Nouveau protocole de conception : 2PAC (Consensus asynchrone en 2 étapes)
Sur la base de l'analyse des protocoles existants, les chercheurs ont proposé le protocole 2PAC. Ce protocole améliore significativement la performance en simplifiant et en optimisant le processus de consensus. Il comprend spécifiquement deux variantes :
2PAClean :
2PACBIG :
Pipeline de bloc ultra-rapide
Les chercheurs ont proposé un nouveau design de bloc en pipeline, réduisant considérablement la latence du bloc en pipeline. En introduisant un mécanisme de chemin rapide, sous un ordonnanceur équitable, le temps de décision du bloc en pipeline est même inférieur à celui du bloc non en pipeline. Ce mécanisme garantit la latence du chemin rapide dans toutes les exécutions et n'est pas affecté par le comportement des processus en panne.
Évaluation des performances
À travers une analyse théorique et des tests pratiques, le délai attendu dans le pire des cas pour 2PAClean est de 9,5δ, tandis que dans le meilleur des cas (sans défaillance et avec un ordonnanceur semi-équitabilisé), il est de 6δ. En comparaison, le délai attendu pour sMVBA est de 10δ, et dans le meilleur des cas, il est de 6δ. 2PAClean a réduit le délai dans le pire des cas de 0,5δ tout en maintenant le même délai dans le meilleur des cas. De plus, le débit de 2PAClean est amélioré de 80 % à 100 % par rapport à sMVBA en chaîne.
2PACBIG en tant que protocole avec une complexité de message de O(n³), son temps d'exécution MVBA par instance est de 4δ, plus rapide que tous les protocoles existants. La conception de blocs en pipeline ultra-rapide permet à s2PAClean et s2PACBIG d'atteindre respectivement des temps de décision de blocs en pipeline de 4δ et 3δ, améliorant ainsi encore les performances du protocole.
Résultats d'évaluation des calculs
Des évaluations de calcul étendues montrent que 2PAClean et 2PACBIG affichent d'excellentes performances dans diverses conditions réseau, en particulier dans des environnements à forte latence et à taux de panne élevé. 2PAClean réalise un bon équilibre entre le délai de messagerie et la complexité de calcul, tandis que 2PACBIG atteint une latence plus faible grâce à la parallélisation et à l'optimisation du processus de vote.
Direction de recherche futures
Conclusion
Cette étude analyse en détail les avantages et les inconvénients des protocoles de consensus asynchrones actuels de Blockchain et propose deux nouveaux conceptions de protocole, à savoir 2PAC et Bloc ultra-rapide en pipeline. Ces nouvelles conceptions montrent des avantages significatifs en matière d'augmentation du débit et de réduction de la latence, fournissant des références importantes pour le développement futur de la technologie Blockchain. Grâce à des recherches et des optimisations continues, la technologie Blockchain devrait jouer un rôle de plus en plus important dans l'économie numérique de demain, tandis que la nouvelle génération de protocoles de consensus fournira une base solide pour le développement de cette technologie.