Blok Zinciri Konsensüs Protokolü Araştırması: Asenkron BFT'nin Son Gelişmeleri ve Uygulamaları
Genel Bakış
Bu makale, Blok Zinciri Konsensüs protokolünün gelişim durumunu tartışmakta ve özellikle asenkron Bizans hata toleransı durum makineleri kopyalama (BFT SMR) protokolünün en son ilerlemelerini analiz etmektedir. Şu anda, sMVBA en hızlı asenkron MVBA protokolüdür ve beklenen gecikme 10δ'dir. Makalede ayrıca, verim ve gecikme açısından önemli iyileştirmeler sağlayan iki yeni protokol tasarımı tanıtılmaktadır: 2PAC (2 aşamalı asenkron konsensüs) ve süper hızlı boru hattı blok.
Arka Plan
Blok zinciri teknolojisi, verilerin bütünlüğünü ve tutarlılığını sağlamak için konsensüs mekanizması aracılığıyla merkeziyetsiz dağıtık defter teknolojisidir. Konsensüs mekanizması, blok zinciri sisteminin merkezidir ve performansı, blok zincirinin ölçeklenebilirliği ve güvenliğini doğrudan etkiler. Asenkron Bizans Hata Toleransı (BFT) konsensüs mekanizması, ağ gecikmeleri ve kısmi düğüm arızalarıyla başa çıkmada benzersiz avantajlara sahiptir; bu nedenle araştırma odak noktası haline gelmiştir.
Model ve Tanım
Asenkron BFT modelinde, sistem n = 3f + 1 süreçten oluşmaktadır, burada f süreç kötü niyetle bozulabilir. Bu süreçler, asenkron kanallar aracılığıyla birbirleriyle iletişim kurarlar, mesajın iletim gecikmesi rakip tarafından kontrol edilir. Her süreç, mesajın doğruluğunu ve bütünlüğünü sağlamak için imzalama ve doğrulama amacıyla birer kamu-özel anahtar çiftine sahiptir.
Blok Zinciri Konsensüs Gereksinimleri
Blok Zinciri Konsensüs protokolü aşağıdaki temel gereksinimleri karşılamalıdır:
Aktiflik: Sonsuz yürütme sırasında, belirlenmiş sonsuz uzunlukta bir blok zinciri vardır.
Tutarlılık: Eğer iki belirlenmiş blok zinciri varsa, bunlardan biri diğerinin ön eki olmalıdır.
P kalitesi: Kararlaştırılmış blok zincirinde, dürüst düğümler tarafından girilen işlemlerin oranı en az p olmalıdır.
Mevcut Asenkron Konsensüs Protokolünün Zorlukları
2-chain VABA protokolü en hızlı asenkron Konsensüs protokolü olarak kabul edilmesine rağmen, beklenen gecikme 9.5δ olmasına rağmen, araştırmalar bu protokolün tutarlılığını ve canlılığını bozacak çeşitli saldırı türlerine sahip olduğunu ortaya çıkarmıştır. Bu sorunlar arasında kontrol sertifikasının eksikliğinden kaynaklanan saldırılar, canlılığı engelleyen geliştirilmiş stratejilerin istismarına yönelik saldırılar ve lider sertifikası tanımının gevşetilmesinin neden olduğu tutarlılık saldırıları bulunmaktadır.
Yeni Protokol Tasarımı: 2PAC (2 Aşamalı Asenkron Konsensüs)
Mevcut protokollerin analizi temelinde, araştırmacılar 2PAC protokolünü önerdi. Bu protokol, konsensüs sürecini basitleştirerek ve optimize ederek performansı önemli ölçüde artırdı. Özellikle iki varyant içerir:
2PAClean：
%90'dan fazla bir verimlilik ve 9.5δ'lik bir beklenen gecikme sağlandı, mesaj karmaşıklığı O(n²).
Gereksiz etkileşimleri ve hesaplama yüklerini ortadan kaldırarak protokolün verimliliğini artırdı.
2PACBIG:
Şu anda mesaj karmaşıklığı O(n³) olan en hızlı blok zinciri konsensüs protokolüdür.
Hatasız bir MVBA çalıştırma süresi 4δ'dir, bu da gecikmeyi büyük ölçüde azaltır.
Süper Hızlı Akış Blok
Araştırmacılar, akışkan blokların gecikmesini önemli ölçüde azaltan yeni bir akışkan blok tasarımı önerdiler. Hızlı yol mekanizmasının tanıtılmasıyla, adil zamanlayıcı altında, akışkan blokların karar verme süresi, normal akışkan bloklardan bile daha kısa olabilir. Bu mekanizma, tüm yürütmelerde hızlı yolun gecikmesini garanti eder ve arızalı süreçlerin davranışından etkilenmez.
Performans Değerlendirmesi
Teorik analiz ve pratik testler aracılığıyla, 2PAClean'in en kötü durumdaki beklenen gecikmesi 9.5δ iken, iyi durumda (hata yok ve planlayıcı yarı adil) 6δ'dir. Buna karşılık, sMVBA'nın beklenen gecikmesi 10δ, iyi durumda ise 6δ'dir. 2PAClean, aynı iyi durum gecikmesini korurken en kötü durum gecikmesini 0.5δ oranında azaltmıştır. Ayrıca, 2PAClean'in verimliliği zincirli sMVBA'ya göre %80 ila %100 oranında artmıştır.
2PACBIG, mesaj karmaşıklığı O(n³) olan bir protokol olarak, tek bir MVBA çalışma süresi 4δ'ye sahiptir ve mevcut tüm protokollerden daha hızlıdır. Süper hızlı boru hattı blok tasarımı, s2PAClean ve s2PACBIG'in sırasıyla 4δ ve 3δ boru hattı blok karar süresi elde etmesini sağladı ve protokolün performansını daha da artırdı.
Hesaplama Değerlendirme Sonucu
Geniş kapsamlı hesaplama değerlendirmeleri, 2PAClean ve 2PACBIG'in çeşitli ağ koşullarında mükemmel performans sergilediğini, özellikle yüksek gecikme ve yüksek hata oranı ortamlarında ortaya koymuştur. 2PAClean, mesaj iletim gecikmesi ile hesaplama karmaşıklığı arasında iyi bir denge sağlarken, 2PACBIG, paralelleştirme ve oylama sürecinin optimize edilmesi yoluyla daha düşük gecikme süresi elde etmiştir.
Gelecek Araştırma Yönleri
Protokol optimizasyonu: Protokol yapısını daha da basitleştirip optimize etmek, gereksiz mesaj iletimi ve hesaplama maliyetlerini azaltmak.
Güvenlik Analizi: Yeni protokolün çeşitli saldırı senaryolarındaki güvenliğini derinlemesine analiz ederek, uygulamadaki güvenilirliğini sağlamak.
Gerçek Uygulama: Yeni protokolü gerçek Blok Zinciri sistemlerinde uygulamak, gerçek ağ ortamındaki performansını doğrulamak.
Sonuç
Bu çalışma, mevcut asenkron blok zinciri konsensüs protokollerinin avantaj ve dezavantajlarını detaylı bir şekilde analiz etmekte ve iki yeni protokol tasarımı önermektedir; bunlar 2PAC ve ultra hızlı boru hat bloklarıdır. Bu yeni tasarımlar, verimliliği artırma ve gecikmeyi azaltma konusunda önemli avantajlar sergileyerek, gelecekteki blok zinciri teknolojisi gelişimi için önemli bir referans sağlamaktadır. Sürekli araştırma ve optimizasyon yoluyla, blok zinciri teknolojisinin gelecekteki dijital ekonomide daha önemli bir rol oynaması beklenmekte ve yeni nesil konsensüs protokolleri bu teknolojinin gelişimine sağlam bir temel sunacaktır.
View Original
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.
Yeni Asenkron BFT Protokolü 2PAC: Blok Zinciri Konsensüs Performansında Büyük Sıçrama
Blok Zinciri Konsensüs Protokolü Araştırması: Asenkron BFT'nin Son Gelişmeleri ve Uygulamaları
Genel Bakış
Bu makale, Blok Zinciri Konsensüs protokolünün gelişim durumunu tartışmakta ve özellikle asenkron Bizans hata toleransı durum makineleri kopyalama (BFT SMR) protokolünün en son ilerlemelerini analiz etmektedir. Şu anda, sMVBA en hızlı asenkron MVBA protokolüdür ve beklenen gecikme 10δ'dir. Makalede ayrıca, verim ve gecikme açısından önemli iyileştirmeler sağlayan iki yeni protokol tasarımı tanıtılmaktadır: 2PAC (2 aşamalı asenkron konsensüs) ve süper hızlı boru hattı blok.
Arka Plan
Blok zinciri teknolojisi, verilerin bütünlüğünü ve tutarlılığını sağlamak için konsensüs mekanizması aracılığıyla merkeziyetsiz dağıtık defter teknolojisidir. Konsensüs mekanizması, blok zinciri sisteminin merkezidir ve performansı, blok zincirinin ölçeklenebilirliği ve güvenliğini doğrudan etkiler. Asenkron Bizans Hata Toleransı (BFT) konsensüs mekanizması, ağ gecikmeleri ve kısmi düğüm arızalarıyla başa çıkmada benzersiz avantajlara sahiptir; bu nedenle araştırma odak noktası haline gelmiştir.
Model ve Tanım
Asenkron BFT modelinde, sistem n = 3f + 1 süreçten oluşmaktadır, burada f süreç kötü niyetle bozulabilir. Bu süreçler, asenkron kanallar aracılığıyla birbirleriyle iletişim kurarlar, mesajın iletim gecikmesi rakip tarafından kontrol edilir. Her süreç, mesajın doğruluğunu ve bütünlüğünü sağlamak için imzalama ve doğrulama amacıyla birer kamu-özel anahtar çiftine sahiptir.
Blok Zinciri Konsensüs Gereksinimleri
Blok Zinciri Konsensüs protokolü aşağıdaki temel gereksinimleri karşılamalıdır:
Mevcut Asenkron Konsensüs Protokolünün Zorlukları
2-chain VABA protokolü en hızlı asenkron Konsensüs protokolü olarak kabul edilmesine rağmen, beklenen gecikme 9.5δ olmasına rağmen, araştırmalar bu protokolün tutarlılığını ve canlılığını bozacak çeşitli saldırı türlerine sahip olduğunu ortaya çıkarmıştır. Bu sorunlar arasında kontrol sertifikasının eksikliğinden kaynaklanan saldırılar, canlılığı engelleyen geliştirilmiş stratejilerin istismarına yönelik saldırılar ve lider sertifikası tanımının gevşetilmesinin neden olduğu tutarlılık saldırıları bulunmaktadır.
Yeni Protokol Tasarımı: 2PAC (2 Aşamalı Asenkron Konsensüs)
Mevcut protokollerin analizi temelinde, araştırmacılar 2PAC protokolünü önerdi. Bu protokol, konsensüs sürecini basitleştirerek ve optimize ederek performansı önemli ölçüde artırdı. Özellikle iki varyant içerir:
2PAClean：
2PACBIG:
Süper Hızlı Akış Blok
Araştırmacılar, akışkan blokların gecikmesini önemli ölçüde azaltan yeni bir akışkan blok tasarımı önerdiler. Hızlı yol mekanizmasının tanıtılmasıyla, adil zamanlayıcı altında, akışkan blokların karar verme süresi, normal akışkan bloklardan bile daha kısa olabilir. Bu mekanizma, tüm yürütmelerde hızlı yolun gecikmesini garanti eder ve arızalı süreçlerin davranışından etkilenmez.
Performans Değerlendirmesi
Teorik analiz ve pratik testler aracılığıyla, 2PAClean'in en kötü durumdaki beklenen gecikmesi 9.5δ iken, iyi durumda (hata yok ve planlayıcı yarı adil) 6δ'dir. Buna karşılık, sMVBA'nın beklenen gecikmesi 10δ, iyi durumda ise 6δ'dir. 2PAClean, aynı iyi durum gecikmesini korurken en kötü durum gecikmesini 0.5δ oranında azaltmıştır. Ayrıca, 2PAClean'in verimliliği zincirli sMVBA'ya göre %80 ila %100 oranında artmıştır.
2PACBIG, mesaj karmaşıklığı O(n³) olan bir protokol olarak, tek bir MVBA çalışma süresi 4δ'ye sahiptir ve mevcut tüm protokollerden daha hızlıdır. Süper hızlı boru hattı blok tasarımı, s2PAClean ve s2PACBIG'in sırasıyla 4δ ve 3δ boru hattı blok karar süresi elde etmesini sağladı ve protokolün performansını daha da artırdı.
Hesaplama Değerlendirme Sonucu
Geniş kapsamlı hesaplama değerlendirmeleri, 2PAClean ve 2PACBIG'in çeşitli ağ koşullarında mükemmel performans sergilediğini, özellikle yüksek gecikme ve yüksek hata oranı ortamlarında ortaya koymuştur. 2PAClean, mesaj iletim gecikmesi ile hesaplama karmaşıklığı arasında iyi bir denge sağlarken, 2PACBIG, paralelleştirme ve oylama sürecinin optimize edilmesi yoluyla daha düşük gecikme süresi elde etmiştir.
Gelecek Araştırma Yönleri
Sonuç
Bu çalışma, mevcut asenkron blok zinciri konsensüs protokollerinin avantaj ve dezavantajlarını detaylı bir şekilde analiz etmekte ve iki yeni protokol tasarımı önermektedir; bunlar 2PAC ve ultra hızlı boru hat bloklarıdır. Bu yeni tasarımlar, verimliliği artırma ve gecikmeyi azaltma konusunda önemli avantajlar sergileyerek, gelecekteki blok zinciri teknolojisi gelişimi için önemli bir referans sağlamaktadır. Sürekli araştırma ve optimizasyon yoluyla, blok zinciri teknolojisinin gelecekteki dijital ekonomide daha önemli bir rol oynaması beklenmekte ve yeni nesil konsensüs protokolleri bu teknolojinin gelişimine sağlam bir temel sunacaktır.