Penelitian Protokol Konsensus Blockchain: Kemajuan dan Aplikasi Terbaru dari BFT Asinkron
Gambaran Umum
Artikel ini membahas perkembangan terkini dari protokol konsensus Blockchain, dengan fokus pada analisis kemajuan terbaru dari protokol asinkron Byzantine Fault Tolerant State Machine Replication (BFT SMR). Saat ini, sMVBA adalah protokol MVBA asinkron tercepat dengan latensi yang diharapkan sebesar 10δ. Artikel ini juga memperkenalkan dua desain protokol baru: 2PAC (Konsensus Asinkron Dua Tahap) dan blok pipeline super cepat, yang keduanya menunjukkan perbaikan signifikan dalam hal throughput dan latensi.
Latar Belakang
Teknologi blockchain adalah teknologi buku besar terdistribusi yang terdesentralisasi, yang memastikan integritas dan konsistensi data melalui mekanisme konsensus. Mekanisme konsensus adalah inti dari sistem blockchain, yang kinerjanya secara langsung memengaruhi skalabilitas dan keamanan blockchain. Mekanisme konsensus BFT (Byzantine Fault Tolerance) memiliki keunggulan unik dalam menghadapi keterlambatan jaringan dan kegagalan sebagian node, sehingga menjadi fokus penelitian.
Model dan Definisi
Dalam model BFT asinkron, sistem terdiri dari n = 3f + 1 proses, di mana f proses dapat dirusak secara jahat. Proses-proses ini saling berkomunikasi melalui saluran asinkron, di mana penundaan pengiriman pesan dikendalikan oleh lawan. Setiap proses memiliki sepasang kunci publik dan privat untuk menandatangani dan memverifikasi, memastikan keaslian dan integritas pesan.
Konsensus Blockchain yang Diperlukan
Protokol konsensus blockchain perlu memenuhi persyaratan dasar berikut:
Aktivitas: Dalam eksekusi tak terbatas, terdapat satu Blockchain yang telah diputuskan dan tidak terbatas panjangnya.
Konsistensi: Jika terdapat dua Blockchain yang telah diputuskan, maka salah satunya harus menjadi awalan dari yang lainnya.
Kualitas P: Dalam Blockchain yang telah diputuskan, proporsi transaksi yang dimasukkan oleh node yang jujur setidaknya adalah p.
Tantangan protokol konsensus asinkron saat ini
Meskipun protokol VABA 2-chain pernah dianggap sebagai protokol konsensus asinkron tercepat dengan latensi yang diharapkan sebesar 9.5δ, penelitian menemukan bahwa protokol ini memiliki berbagai cara serangan yang merusak konsistensi dan aktivitasnya. Masalah ini termasuk serangan yang disebabkan oleh kurangnya pemeriksaan otentikasi, serangan yang memanfaatkan strategi peningkatan untuk menghambat aktivitas, serta serangan konsistensi yang disebabkan oleh pelonggaran definisi otentikasi pemimpin.
Desain protokol baru: 2PAC (Konsensus asinkron tahap 2)
Berdasarkan analisis terhadap protokol yang ada, peneliti mengusulkan protokol 2PAC. Protokol ini secara signifikan meningkatkan kinerja dengan menyederhanakan dan mengoptimalkan proses konsensus. Secara spesifik termasuk dua varian:
2PAClean：
Mencapai lebih dari 90% throughput dan 9.5δ latensi yang diharapkan, kompleksitas pesan adalah O(n²).
Meningkatkan efisiensi protokol dengan menghilangkan interaksi dan biaya komputasi yang tidak perlu.
2PACBIG：
Merupakan protokol konsensus blockchain tercepat dengan kompleksitas pesan O(n³).
Waktu operasi MVBA tunggal tanpa kesalahan adalah 4δ, yang secara signifikan mengurangi latensi.
Pipa Blok super cepat
Peneliti telah mengusulkan desain blok aliran baru yang secara signifikan mengurangi latensi blok aliran. Dengan memperkenalkan mekanisme jalur cepat, waktu keputusan blok aliran bahkan lebih kecil dibandingkan dengan blok non-aliran di bawah penjadwal yang adil. Mekanisme ini menjamin latensi jalur cepat di semua eksekusi dan tidak terpengaruh oleh perilaku proses yang gagal.
Evaluasi Kinerja
Melalui analisis teoretis dan pengujian praktis, 2PAClean memiliki estimasi latensi terburuk sebesar 9.5δ, sedangkan dalam kondisi baik (tanpa kesalahan dan penjadwal setengah adil) adalah 6δ. Sebagai perbandingan, estimasi latensi sMVBA adalah 10δ, dan dalam kondisi baik adalah 6δ. 2PAClean mengurangi latensi terburuk sebesar 0.5δ dengan mempertahankan latensi dalam kondisi baik yang sama. Selain itu, throughput 2PAClean meningkat 80% hingga 100% dibandingkan dengan sMVBA berbasis rantai.
2PACBIG sebagai protokol dengan kompleksitas pesan O(n³), waktu operasi MVBA sekali adalah 4δ, lebih cepat daripada semua protokol yang ada. Desain blok aliran super cepat memungkinkan s2PAClean dan s2PACBIG masing-masing mencapai waktu keputusan blok aliran 4δ dan 3δ, lebih lanjut meningkatkan kinerja protokol.
Hasil Penilaian Perhitungan
Evaluasi komputasi yang luas menunjukkan bahwa 2PAClean dan 2PACBIG menunjukkan kinerja yang sangat baik di berbagai kondisi jaringan, terutama dalam lingkungan dengan latensi tinggi dan tingkat kegagalan yang tinggi. 2PAClean mencapai keseimbangan yang baik antara latensi pesan dan kompleksitas komputasi, sementara 2PACBIG mencapai latensi yang lebih rendah melalui paralelisasi dan optimisasi proses pemungutan suara.
Arah Penelitian Masa Depan
Protokol optimasi: lebih lanjut menyederhanakan dan mengoptimalkan struktur protokol, mengurangi pengiriman pesan dan biaya komputasi yang tidak perlu.
Analisis Keamanan: Menganalisis secara mendalam keamanan protokol baru dalam berbagai skenario serangan, memastikan keandalannya dalam aplikasi praktis.
Aplikasi nyata: Menerapkan protokol baru ke dalam sistem Blockchain yang nyata, untuk memverifikasi kinerjanya dalam lingkungan jaringan yang sebenarnya.
Kesimpulan
Penelitian ini menganalisis secara rinci kelebihan dan kekurangan dari protokol konsensus blockchain asinkron saat ini, dan mengusulkan dua desain protokol baru, yaitu 2PAC dan blok pipeline super cepat. Desain baru ini menunjukkan keunggulan signifikan dalam meningkatkan throughput dan mengurangi latensi, memberikan referensi penting untuk perkembangan teknologi blockchain di masa depan. Melalui penelitian dan optimasi yang terus menerus, teknologi blockchain diharapkan dapat memainkan peran yang lebih penting dalam ekonomi digital di masa depan, sementara protokol konsensus generasi baru akan memberikan dasar yang kokoh untuk pengembangan teknologi ini.
Lihat Asli
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.
Protokol BFT Asinkron Baru 2PAC: Lompatan Kinerja Konsensus Blockchain
Penelitian Protokol Konsensus Blockchain: Kemajuan dan Aplikasi Terbaru dari BFT Asinkron
Gambaran Umum
Artikel ini membahas perkembangan terkini dari protokol konsensus Blockchain, dengan fokus pada analisis kemajuan terbaru dari protokol asinkron Byzantine Fault Tolerant State Machine Replication (BFT SMR). Saat ini, sMVBA adalah protokol MVBA asinkron tercepat dengan latensi yang diharapkan sebesar 10δ. Artikel ini juga memperkenalkan dua desain protokol baru: 2PAC (Konsensus Asinkron Dua Tahap) dan blok pipeline super cepat, yang keduanya menunjukkan perbaikan signifikan dalam hal throughput dan latensi.
Latar Belakang
Teknologi blockchain adalah teknologi buku besar terdistribusi yang terdesentralisasi, yang memastikan integritas dan konsistensi data melalui mekanisme konsensus. Mekanisme konsensus adalah inti dari sistem blockchain, yang kinerjanya secara langsung memengaruhi skalabilitas dan keamanan blockchain. Mekanisme konsensus BFT (Byzantine Fault Tolerance) memiliki keunggulan unik dalam menghadapi keterlambatan jaringan dan kegagalan sebagian node, sehingga menjadi fokus penelitian.
Model dan Definisi
Dalam model BFT asinkron, sistem terdiri dari n = 3f + 1 proses, di mana f proses dapat dirusak secara jahat. Proses-proses ini saling berkomunikasi melalui saluran asinkron, di mana penundaan pengiriman pesan dikendalikan oleh lawan. Setiap proses memiliki sepasang kunci publik dan privat untuk menandatangani dan memverifikasi, memastikan keaslian dan integritas pesan.
Konsensus Blockchain yang Diperlukan
Protokol konsensus blockchain perlu memenuhi persyaratan dasar berikut:
Tantangan protokol konsensus asinkron saat ini
Meskipun protokol VABA 2-chain pernah dianggap sebagai protokol konsensus asinkron tercepat dengan latensi yang diharapkan sebesar 9.5δ, penelitian menemukan bahwa protokol ini memiliki berbagai cara serangan yang merusak konsistensi dan aktivitasnya. Masalah ini termasuk serangan yang disebabkan oleh kurangnya pemeriksaan otentikasi, serangan yang memanfaatkan strategi peningkatan untuk menghambat aktivitas, serta serangan konsistensi yang disebabkan oleh pelonggaran definisi otentikasi pemimpin.
Desain protokol baru: 2PAC (Konsensus asinkron tahap 2)
Berdasarkan analisis terhadap protokol yang ada, peneliti mengusulkan protokol 2PAC. Protokol ini secara signifikan meningkatkan kinerja dengan menyederhanakan dan mengoptimalkan proses konsensus. Secara spesifik termasuk dua varian:
2PAClean：
2PACBIG：
Pipa Blok super cepat
Peneliti telah mengusulkan desain blok aliran baru yang secara signifikan mengurangi latensi blok aliran. Dengan memperkenalkan mekanisme jalur cepat, waktu keputusan blok aliran bahkan lebih kecil dibandingkan dengan blok non-aliran di bawah penjadwal yang adil. Mekanisme ini menjamin latensi jalur cepat di semua eksekusi dan tidak terpengaruh oleh perilaku proses yang gagal.
Evaluasi Kinerja
Melalui analisis teoretis dan pengujian praktis, 2PAClean memiliki estimasi latensi terburuk sebesar 9.5δ, sedangkan dalam kondisi baik (tanpa kesalahan dan penjadwal setengah adil) adalah 6δ. Sebagai perbandingan, estimasi latensi sMVBA adalah 10δ, dan dalam kondisi baik adalah 6δ. 2PAClean mengurangi latensi terburuk sebesar 0.5δ dengan mempertahankan latensi dalam kondisi baik yang sama. Selain itu, throughput 2PAClean meningkat 80% hingga 100% dibandingkan dengan sMVBA berbasis rantai.
2PACBIG sebagai protokol dengan kompleksitas pesan O(n³), waktu operasi MVBA sekali adalah 4δ, lebih cepat daripada semua protokol yang ada. Desain blok aliran super cepat memungkinkan s2PAClean dan s2PACBIG masing-masing mencapai waktu keputusan blok aliran 4δ dan 3δ, lebih lanjut meningkatkan kinerja protokol.
Hasil Penilaian Perhitungan
Evaluasi komputasi yang luas menunjukkan bahwa 2PAClean dan 2PACBIG menunjukkan kinerja yang sangat baik di berbagai kondisi jaringan, terutama dalam lingkungan dengan latensi tinggi dan tingkat kegagalan yang tinggi. 2PAClean mencapai keseimbangan yang baik antara latensi pesan dan kompleksitas komputasi, sementara 2PACBIG mencapai latensi yang lebih rendah melalui paralelisasi dan optimisasi proses pemungutan suara.
Arah Penelitian Masa Depan
Kesimpulan
Penelitian ini menganalisis secara rinci kelebihan dan kekurangan dari protokol konsensus blockchain asinkron saat ini, dan mengusulkan dua desain protokol baru, yaitu 2PAC dan blok pipeline super cepat. Desain baru ini menunjukkan keunggulan signifikan dalam meningkatkan throughput dan mengurangi latensi, memberikan referensi penting untuk perkembangan teknologi blockchain di masa depan. Melalui penelitian dan optimasi yang terus menerus, teknologi blockchain diharapkan dapat memainkan peran yang lebih penting dalam ekonomi digital di masa depan, sementara protokol konsensus generasi baru akan memberikan dasar yang kokoh untuk pengembangan teknologi ini.