ブロックチェーンコンセンサスプロトコルの最新の進展と応用

ブロックチェーン技術は、非中央集権的分散型台帳技術の代表として、その核心はコンセンサス機構にあります。コンセンサス機構の性能は、ブロックチェーンシステムのスケーラビリティとセキュリティに直接影響します。本報告は、非同期バイザンティン耐障害状態機械複製（BFT SMR）プロトコルの最新の発展に焦点を当て、現在最も速い非同期プロトコルとその存在する問題を深く探求し、2つの革新的なプロトコル設計を提案します。

! 業界調査レポート:ブロックチェーンコンセンサスプロトコルの最新の進歩と応用

非同期BFTモデルの概要

非同期BFTモデルでは、システムは3f + 1のプロセスで構成されており、その中のf個は悪意を持って破壊される可能性があります。プロセス間は非同期チャネルを介して通信し、メッセージの伝達遅延は予測不可能です。各プロセスはメッセージの真正性と完全性を確保するための公開鍵と秘密鍵のペアを持っています。

ブロックチェーンコンセンサスプロトコルの核心要求

1. 活性：無限の実行の中に無限に長い決定されたブロックチェーンが存在することを確認する。
2. 一貫性：決定されたブロックチェーンの任意の2つのブロックのうち、1つはもう1つのプレフィックスでなければならない。
3. 質：ブロックチェーンにおいて、誠実なノードが入力した取引の割合が設定された閾値に達することが決定されました。

現在の非同期コンセンサスプロトコルの課題

現在、sMVBAプロトコルは10δの期待遅延で最も速い非同期MVBAプロトコルとなっています。これまで最も速いと考えられていた2-chain VABAプロトコル（期待遅延9.5δ）は、認証チェックの欠如、活性を妨げるための利用促進戦略、リーダー認証定義の緩和によるコンセンサスの問題など、複数のセキュリティ脆弱性があることが発見されました。

イノベーションプロトコル設計

1. 2PAC（2段階非同期コンセンサス）

2PACプロトコルは、簡素化と最適化されたコンセンサスプロセスを通じて、パフォーマンスを大幅に向上させました。これには2つのバリエーションが含まれています：

• 2PAClean：90%以上のスループット向上を実現し、期待遅延は9.5δ、メッセージの複雑度はO(n²)。
• 2PACBIG：現在のメッセージの複雑さはO(n³)の最速のブロックチェーンコンセンサスプロトコルで、故障がない場合の単回MVBA実行時間はわずか4δです。

2. 超高速ラインブロック

この新しい設計は、パイプラインブロックの遅延を大幅に減少させました。迅速なパス機構を導入することで、公平なスケジューラの下で、パイプラインブロックの決定時間は非パイプラインブロックよりも短くなる可能性があります。この機構は、すべての実行において迅速なパスの遅延を保証し、故障プロセスの影響を受けません。

パフォーマンス評価

理論分析と実際のテストは示しています：

• 2PACleanのレイテンシは、最悪の場合9.5δ、良いケースで6δになると予想されています。
• 2PACleanのスループットは、チェーン型sMVBAより80%-100%向上しています。
• 2PACBIGの単回MVBA実行時間は4δで、すべての既存プロトコルより優れています。
• 超高速のライン設計により、s2PACleanとs2PACBIGはそれぞれ4δと3δのラインブロック決定時間を実現しています。

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今後の研究の方向性

1. プロトコル構造をさらに簡素化し最適化し、不要なメッセージのやり取りと計算コストを削減します。
2. 新しいプロトコルのさまざまな攻撃シナリオにおけるセキュリティを詳細に分析する。
3. 新しいプロトコルを実際のブロックチェーンシステムに適用し、実際のネットワーク環境でのパフォーマンスを検証します。

ブロックチェーン技術の不断の発展に伴い、非同期BFTコンセンサスプロトコルは安全性を確保し、性能を向上させる上でますます重要な役割を果たすことになるでしょう。2PACと超高速パイプラインブロックの設計は、将来のブロックチェーンコンセンサスプロトコルの発展に方向性を示しました。すなわち、プロトコル構造の簡素化とコンセンサスプロセスの最適化を通じて、より高いスループットとより低い遅延を実現することです。これらの革新は理論的にその優位性を証明するだけでなく、実際のテストでも卓越した性能を示し、高効率で安全なブロックチェーンコンセンサスプロトコルの実現に新たな思路を提供しています。