Дослідження протоколу консенсусу Блокчейн: останні досягнення та застосування асинхронного BFT
Огляд
Ця стаття досліджує стан розвитку протоколів консенсусу блокчейну, зосереджуючи увагу на останніх досягненнях протоколу асинхронного байєрського відмовостійкого стану (BFT SMR). Наразі, sMVBA є найбільш швидким асинхронним MVBA протоколом, з очікуваною затримкою 10δ. Стаття також представляє два нових проєктування протоколів: 2PAC (двофазний асинхронний консенсус) та надшвидку конвеєрну обробку блоків, які мають значні покращення в пропускній здатності та затримці.
Фон
Блокчейн технологія є децентралізованою розподіленою технологією бухгалтерського обліку, що забезпечує цілісність та узгодженість даних через механізм консенсусу. Механізм консенсусу є основою блокчейн системи, його продуктивність безпосередньо впливає на масштабованість та безпеку блокчейну. Асинхронний візантійський толерантний до збоїв (BFT) механізм консенсусу має унікальні переваги у вирішенні проблем затримки мережі та часткової відмови вузлів, тому став предметом активних досліджень.
Моделі та визначення
У моделі асинхронного BFT система складається з n = 3f + 1 процесів, де f процесів можуть бути зловмисно скомпрометовані. Ці процеси спілкуються один з одним через асинхронні канали, затримка передачі повідомлень контролюється супротивником. Кожен процес має пару публічних і приватних ключів для підпису та верифікації, що забезпечує справжність та цілісність повідомлень.
Блокчейн Консенсус вимагає
Блокчейн Консенсус протокол потрібно задовольняти такі основні вимоги:
Активність: в безмежному виконанні існує безмежно довга вже визначена Блокчейн.
Узгодженість: якщо існує дві визначені Блокчейн, то одна з них повинна бути префіксом іншої.
Якість P: У вже визначеному Блокчейні частка транзакцій, введених чесними вузлами, повинна становити не менше p.
Поточні виклики асинхронного консенсусу
Хоча протокол VABA 2-chain вважався найшвидшим асинхронним консенсусом з очікуваною затримкою 9.5δ, дослідження виявило, що протокол має різні способи атак, які підривають його узгодженість і активність. Ці проблеми включають атаки, викликані відсутністю перевірки сертифікації, атаки, що перешкоджають активності, що використовують стратегії підвищення, а також атаки на узгодженість, що виникають через послаблення визначення сертифікації лідера.
Новий протокол проектування: 2PAC (2-етапний асинхронний консенсус)
На основі аналізу існуючого протоколу дослідники запропонували протокол 2PAC. Цей протокол значно підвищує продуктивність шляхом спрощення та оптимізації процесу консенсусу. Конкретно, він включає два різновиди:
2PAClean:
Реалізовано +90% пропускної здатності та очікуване затримання 9.5δ, складність повідомлення становить O(n²).
Підвищено ефективність протоколу шляхом усунення непотрібних взаємодій та обчислювальних витрат.
ПАКБІГ:
Це найшвидший протокол консенсусу Блокчейн з поточною складністю повідомлень O(n³).
Безвідмовний час одноразового виконання MVBA становить 4δ, що значно зменшує затримку.
Супер швидкий конвеєр Блок
Дослідники запропонували новий дизайн конвеєрного Блоку, який суттєво зменшує затримку конвеєрного Блоку. Завдяки впровадженню механізму швидкого шляху, час прийняття рішень конвеєрного Блоку під справедливим планувальником навіть менший, ніж у не конвеєрного Блоку. Цей механізм забезпечує затримку швидкого шляху у всіх виконаннях і не підлягає впливу поведінки несправних процесів.
Оцінка продуктивності
Через теоретичний аналіз та практичні випробування, 2PAClean у найгіршому випадку має очікуване затримання 9.5δ, а в хорошому випадку (без відмов і напівсправедливий планувальник) – 6δ. У порівнянні, очікуване затримання sMVBA становить 10δ, а в хорошому випадку – 6δ. 2PAClean зменшив затримання в найгіршому випадку на 0.5δ при збереженні такої ж затримки в хорошому випадку. Крім того, пропускна здатність 2PAClean зросла на 80% до 100% порівняно з ланцюговим sMVBA.
2PACBIG як протокол з комплексністю повідомлення O(n³) має час виконання MVBA за один раз 4δ, що швидше, ніж у всіх наявних протоколів. Супершвидкий конвеєрний блок проектування дозволяє s2PAClean і s2PACBIG досягати часу прийняття рішення про конвеєрний блок 4δ та 3δ відповідно, що ще більше підвищує продуктивність протоколу.
Результати оцінки
Широкі обчислювальні оцінки показують, що 2PAClean і 2PACBIG демонструють відмінні показники в різних мережевих умовах, особливо в умовах високої затримки та високої частоти відмов. 2PAClean досягає хорошого балансу між затримкою передачі повідомлень і обчислювальною складністю, тоді як 2PACBIG забезпечує нижчу затримку завдяки паралелізації та оптимізації процесу голосування.
Майбутні напрямки досліджень
Оптимізація протоколу: подальше спрощення та оптимізація структури протоколу, зменшення непотрібних повідомлень та обчислювальних витрат.
Аналіз безпеки: детальний аналіз нового протоколу в різних сценаріях атаки, щоб забезпечити його надійність у реальних застосуваннях.
Фактичне застосування: впровадження нового протоколу в реальні Блокчейн-системи для перевірки його продуктивності в реальному мережевому середовищі.
Висновок
Це дослідження детально аналізує поточні переваги та недоліки асинхронних Блокчейн протоколів консенсусу та пропонує два нових проєктування протоколів, а саме 2PAC та надшвидку конвеєрну Блок. Ці нові проєкти демонструють значні переваги в підвищенні пропускної здатності та зменшенні затримок, надаючи важливі посилання для майбутнього розвитку технології Блокчейн. Завдяки постійним дослідженням та оптимізації, технологія Блокчейн має потенціал відігравати ще важливішу роль у майбутній цифровій економіці, а нове покоління протоколів консенсусу забезпечить міцну основу для розвитку цієї технології.
Переглянути оригінал
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.
Новий асинхронний BFT протокол 2PAC: стрибок у продуктивності консенсусу Блокчейн
Дослідження протоколу консенсусу Блокчейн: останні досягнення та застосування асинхронного BFT
Огляд
Ця стаття досліджує стан розвитку протоколів консенсусу блокчейну, зосереджуючи увагу на останніх досягненнях протоколу асинхронного байєрського відмовостійкого стану (BFT SMR). Наразі, sMVBA є найбільш швидким асинхронним MVBA протоколом, з очікуваною затримкою 10δ. Стаття також представляє два нових проєктування протоколів: 2PAC (двофазний асинхронний консенсус) та надшвидку конвеєрну обробку блоків, які мають значні покращення в пропускній здатності та затримці.
Фон
Блокчейн технологія є децентралізованою розподіленою технологією бухгалтерського обліку, що забезпечує цілісність та узгодженість даних через механізм консенсусу. Механізм консенсусу є основою блокчейн системи, його продуктивність безпосередньо впливає на масштабованість та безпеку блокчейну. Асинхронний візантійський толерантний до збоїв (BFT) механізм консенсусу має унікальні переваги у вирішенні проблем затримки мережі та часткової відмови вузлів, тому став предметом активних досліджень.
Моделі та визначення
У моделі асинхронного BFT система складається з n = 3f + 1 процесів, де f процесів можуть бути зловмисно скомпрометовані. Ці процеси спілкуються один з одним через асинхронні канали, затримка передачі повідомлень контролюється супротивником. Кожен процес має пару публічних і приватних ключів для підпису та верифікації, що забезпечує справжність та цілісність повідомлень.
Блокчейн Консенсус вимагає
Блокчейн Консенсус протокол потрібно задовольняти такі основні вимоги:
Поточні виклики асинхронного консенсусу
Хоча протокол VABA 2-chain вважався найшвидшим асинхронним консенсусом з очікуваною затримкою 9.5δ, дослідження виявило, що протокол має різні способи атак, які підривають його узгодженість і активність. Ці проблеми включають атаки, викликані відсутністю перевірки сертифікації, атаки, що перешкоджають активності, що використовують стратегії підвищення, а також атаки на узгодженість, що виникають через послаблення визначення сертифікації лідера.
Новий протокол проектування: 2PAC (2-етапний асинхронний консенсус)
На основі аналізу існуючого протоколу дослідники запропонували протокол 2PAC. Цей протокол значно підвищує продуктивність шляхом спрощення та оптимізації процесу консенсусу. Конкретно, він включає два різновиди:
2PAClean:
Супер швидкий конвеєр Блок
Дослідники запропонували новий дизайн конвеєрного Блоку, який суттєво зменшує затримку конвеєрного Блоку. Завдяки впровадженню механізму швидкого шляху, час прийняття рішень конвеєрного Блоку під справедливим планувальником навіть менший, ніж у не конвеєрного Блоку. Цей механізм забезпечує затримку швидкого шляху у всіх виконаннях і не підлягає впливу поведінки несправних процесів.
Оцінка продуктивності
Через теоретичний аналіз та практичні випробування, 2PAClean у найгіршому випадку має очікуване затримання 9.5δ, а в хорошому випадку (без відмов і напівсправедливий планувальник) – 6δ. У порівнянні, очікуване затримання sMVBA становить 10δ, а в хорошому випадку – 6δ. 2PAClean зменшив затримання в найгіршому випадку на 0.5δ при збереженні такої ж затримки в хорошому випадку. Крім того, пропускна здатність 2PAClean зросла на 80% до 100% порівняно з ланцюговим sMVBA.
2PACBIG як протокол з комплексністю повідомлення O(n³) має час виконання MVBA за один раз 4δ, що швидше, ніж у всіх наявних протоколів. Супершвидкий конвеєрний блок проектування дозволяє s2PAClean і s2PACBIG досягати часу прийняття рішення про конвеєрний блок 4δ та 3δ відповідно, що ще більше підвищує продуктивність протоколу.
Результати оцінки
Широкі обчислювальні оцінки показують, що 2PAClean і 2PACBIG демонструють відмінні показники в різних мережевих умовах, особливо в умовах високої затримки та високої частоти відмов. 2PAClean досягає хорошого балансу між затримкою передачі повідомлень і обчислювальною складністю, тоді як 2PACBIG забезпечує нижчу затримку завдяки паралелізації та оптимізації процесу голосування.
Майбутні напрямки досліджень
Висновок
Це дослідження детально аналізує поточні переваги та недоліки асинхронних Блокчейн протоколів консенсусу та пропонує два нових проєктування протоколів, а саме 2PAC та надшвидку конвеєрну Блок. Ці нові проєкти демонструють значні переваги в підвищенні пропускної здатності та зменшенні затримок, надаючи важливі посилання для майбутнього розвитку технології Блокчейн. Завдяки постійним дослідженням та оптимізації, технологія Блокчейн має потенціал відігравати ще важливішу роль у майбутній цифровій економіці, а нове покоління протоколів консенсусу забезпечить міцну основу для розвитку цієї технології.