Исследование протоколов соглашения в блокчейне: последние достижения и применения асинхронного BFT
Обзор
В статье рассматривается текущее состояние разработки протоколов согласия Блокчейн, с особым акцентом на последние достижения протокола асинхронного византийского отказоустойчивого состояния машины репликации (BFT SMR). В настоящее время sMVBA является самым быстрым асинхронным MVBA-протоколом с ожидаемой задержкой 10δ. В статье также представлены два новых проектирования протоколов: 2PAC (асинхронное согласие на 2 этапах) и сверхбыстрая конвейерная блокировка, которые демонстрируют значительные улучшения в пропускной способности и задержке.
Фон
Технология Блокчейн представляет собой децентрализованную распределенную технологию учета, которая обеспечивает целостность и согласованность данных через механизм согласования. Механизм согласования является核心ом системы Блокчейн, его производительность непосредственно влияет на масштабируемость и безопасность Блокчейн. Асинхронный византийский отказоустойчивый (BFT) механизм согласования имеет уникальные преимущества в борьбе с задержками сети и частичными сбоями узлов, поэтому стал объектом активных исследований.
Модели и определения
В асинхронной модели BFT система состоит из n = 3f + 1 процессов, где f процессов могут быть злонамеренно повреждены. Эти процессы общаются друг с другом через асинхронные каналы, задержка передачи сообщений контролируется противником. Каждый процесс имеет пару открытых и закрытых ключей для подписи и проверки, что гарантирует подлинность и целостность сообщений.
Соглашение Блокчейна
Протокол соглашения Блокчейн должен удовлетворять следующим основным требованиям:
Активность: в бесконечном исполнении существует одна бесконечно длинная определенная Блокчейн.
Консистентность: если существуют две решенные блокчейны, то одна из них должна быть префиксом другой.
PКачество: В уже принятом Блокчейне доля транзакций, вводимых честными узлами, составляет не менее p.
Текущие проблемы асинхронного соглашения
Хотя протокол VABA 2-chain когда-то считался самым быстрым асинхронным соглашением с ожидаемой задержкой 9.5δ, исследования показали, что у этого протокола есть множество уязвимостей, которые подрывают его согласованность и активность. К этим проблемам относятся атаки, вызванные отсутствием проверки аутентификации, атаки, использующие стратегии повышения для препятствования активности, а также атаки на согласованность, вызванные ослаблением определения аутентификации лидеров.
Новый дизайн протокола: 2PAC (2-фазное асинхронное соглашение)
На основе анализа существующих протоколов исследователи предложили протокол 2PAC. Этот протокол значительно улучшает производительность путем упрощения и оптимизации процесса согласования. В частности, он включает два варианта:
2PAClean:
Реализована пропускная способность более 90% и ожидаемая задержка 9.5δ, сложность сообщений составляет O(n²).
Повышена эффективность протокола за счет устранения ненужных взаимодействий и вычислительных затрат.
2PACBIG:
Это самый быстрый протокол соглашения Блокчейн с текущей сложностью сообщений O(n³).
Безотказное время выполнения одного MVBA составляет 4δ, что значительно снижает задержку.
Супербыстрая конвейерная Блок
Исследователи предложили новый дизайн конвейерного блока, который значительно уменьшает задержку конвейерных блоков. Введя механизм быстрого пути, время принятия решений для конвейерных блоков под справедливым планировщиком даже меньше, чем у неконвейерных блоков. Этот механизм гарантирует задержку быстрого пути во всех исполнениях и не зависит от поведения сбойных процессов.
Оценка производительности
С помощью теоретического анализа и практического тестирования, ожидаемая задержка 2PAClean в худшем случае составляет 9.5δ, а в лучшем случае (без сбоев и полуправедливого планировщика) — 6δ. В то время как ожидаемая задержка sMVBA составляет 10δ, а в хорошем случае — 6δ. В условиях сохранения одинаковой задержки в хорошем случае, 2PAClean сократил задержку в худшем случае на 0.5δ. Кроме того, пропускная способность 2PAClean увеличилась на 80% до 100% по сравнению с цепочечной sMVBA.
2PACBIG как протокол с комплексностью сообщения O(n³), его время выполнения одной MVBA составляет 4δ, что быстрее, чем у всех существующих протоколов. Сверхбыстрая конвейерная блокировка позволяет s2PAClean и s2PACBIG достичь времени принятия решений по конвейерным блокам в 4δ и 3δ соответственно, что дополнительно улучшает производительность протокола.
Расчет результатов оценки
Широкие вычислительные оценки показывают, что 2PAClean и 2PACBIG демонстрируют отличные результаты в различных сетевых условиях, особенно в средах с высокой задержкой и высокой частотой сбоев. 2PAClean достигает хорошего баланса между задержкой передачи сообщений и вычислительной сложностью, в то время как 2PACBIG обеспечивает меньшую задержку за счет параллелизации и оптимизации процесса голосования.
Будущие направления исследований
Оптимизация протокола: дальнейшее упрощение и оптимизация структуры протокола, снижение ненужной передачи сообщений и вычислительных затрат.
Анализ безопасности: глубокий анализ безопасности нового протокола в различных сценариях атак, чтобы обеспечить его надежность в реальном применении.
Практическое применение: применить новый протокол в реальной системе Блокчейн, чтобы проверить его производительность в реальной сетевой среде.
Заключение
Данное исследование подробно анализирует текущие преимущества и недостатки асинхронных протоколов согласия в Блокчейне и предлагает два новых дизайна протоколов: 2PAC и сверхбыстрая конвейерная Блок. Эти новые разработки демонстрируют значительные преимущества в повышении пропускной способности и снижении задержек, предоставляя важные рекомендации для будущего развития технологий Блокчейн. Благодаря постоянным исследованиям и оптимизации, технологии Блокчейн имеют возможность сыграть более важную роль в будущем цифровой экономики, в то время как новое поколение протоколов согласия обеспечит прочную основу для развития этой технологии.
Посмотреть Оригинал
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.
Новый асинхронный BFT Протокол 2PAC: прорыв в производительности согласования Блокчейн
Исследование протоколов соглашения в блокчейне: последние достижения и применения асинхронного BFT
Обзор
В статье рассматривается текущее состояние разработки протоколов согласия Блокчейн, с особым акцентом на последние достижения протокола асинхронного византийского отказоустойчивого состояния машины репликации (BFT SMR). В настоящее время sMVBA является самым быстрым асинхронным MVBA-протоколом с ожидаемой задержкой 10δ. В статье также представлены два новых проектирования протоколов: 2PAC (асинхронное согласие на 2 этапах) и сверхбыстрая конвейерная блокировка, которые демонстрируют значительные улучшения в пропускной способности и задержке.
Фон
Технология Блокчейн представляет собой децентрализованную распределенную технологию учета, которая обеспечивает целостность и согласованность данных через механизм согласования. Механизм согласования является核心ом системы Блокчейн, его производительность непосредственно влияет на масштабируемость и безопасность Блокчейн. Асинхронный византийский отказоустойчивый (BFT) механизм согласования имеет уникальные преимущества в борьбе с задержками сети и частичными сбоями узлов, поэтому стал объектом активных исследований.
Модели и определения
В асинхронной модели BFT система состоит из n = 3f + 1 процессов, где f процессов могут быть злонамеренно повреждены. Эти процессы общаются друг с другом через асинхронные каналы, задержка передачи сообщений контролируется противником. Каждый процесс имеет пару открытых и закрытых ключей для подписи и проверки, что гарантирует подлинность и целостность сообщений.
Соглашение Блокчейна
Протокол соглашения Блокчейн должен удовлетворять следующим основным требованиям:
Текущие проблемы асинхронного соглашения
Хотя протокол VABA 2-chain когда-то считался самым быстрым асинхронным соглашением с ожидаемой задержкой 9.5δ, исследования показали, что у этого протокола есть множество уязвимостей, которые подрывают его согласованность и активность. К этим проблемам относятся атаки, вызванные отсутствием проверки аутентификации, атаки, использующие стратегии повышения для препятствования активности, а также атаки на согласованность, вызванные ослаблением определения аутентификации лидеров.
Новый дизайн протокола: 2PAC (2-фазное асинхронное соглашение)
На основе анализа существующих протоколов исследователи предложили протокол 2PAC. Этот протокол значительно улучшает производительность путем упрощения и оптимизации процесса согласования. В частности, он включает два варианта:
2PAClean:
2PACBIG:
Супербыстрая конвейерная Блок
Исследователи предложили новый дизайн конвейерного блока, который значительно уменьшает задержку конвейерных блоков. Введя механизм быстрого пути, время принятия решений для конвейерных блоков под справедливым планировщиком даже меньше, чем у неконвейерных блоков. Этот механизм гарантирует задержку быстрого пути во всех исполнениях и не зависит от поведения сбойных процессов.
Оценка производительности
С помощью теоретического анализа и практического тестирования, ожидаемая задержка 2PAClean в худшем случае составляет 9.5δ, а в лучшем случае (без сбоев и полуправедливого планировщика) — 6δ. В то время как ожидаемая задержка sMVBA составляет 10δ, а в хорошем случае — 6δ. В условиях сохранения одинаковой задержки в хорошем случае, 2PAClean сократил задержку в худшем случае на 0.5δ. Кроме того, пропускная способность 2PAClean увеличилась на 80% до 100% по сравнению с цепочечной sMVBA.
2PACBIG как протокол с комплексностью сообщения O(n³), его время выполнения одной MVBA составляет 4δ, что быстрее, чем у всех существующих протоколов. Сверхбыстрая конвейерная блокировка позволяет s2PAClean и s2PACBIG достичь времени принятия решений по конвейерным блокам в 4δ и 3δ соответственно, что дополнительно улучшает производительность протокола.
Расчет результатов оценки
Широкие вычислительные оценки показывают, что 2PAClean и 2PACBIG демонстрируют отличные результаты в различных сетевых условиях, особенно в средах с высокой задержкой и высокой частотой сбоев. 2PAClean достигает хорошего баланса между задержкой передачи сообщений и вычислительной сложностью, в то время как 2PACBIG обеспечивает меньшую задержку за счет параллелизации и оптимизации процесса голосования.
Будущие направления исследований
Заключение
Данное исследование подробно анализирует текущие преимущества и недостатки асинхронных протоколов согласия в Блокчейне и предлагает два новых дизайна протоколов: 2PAC и сверхбыстрая конвейерная Блок. Эти новые разработки демонстрируют значительные преимущества в повышении пропускной способности и снижении задержек, предоставляя важные рекомендации для будущего развития технологий Блокчейн. Благодаря постоянным исследованиям и оптимизации, технологии Блокчейн имеют возможность сыграть более важную роль в будущем цифровой экономики, в то время как новое поколение протоколов согласия обеспечит прочную основу для развития этой технологии.