Nghiên cứu giao thức nhận thức chung Blockchain: Tiến bộ và ứng dụng mới nhất của BFT bất đồng bộ
Tổng quan
Bài viết này khám phá tình trạng phát triển của giao thức nhận thức chung blockchain, tập trung phân tích những tiến bộ mới nhất của giao thức sao chép trạng thái BFT (BFT SMR) chống lại sự đồng thuận Byzantine bất đồng bộ. Hiện tại, sMVBA là giao thức MVBA bất đồng bộ nhanh nhất với độ trễ dự kiến là 10δ. Bài viết cũng giới thiệu hai thiết kế giao thức mới: 2PAC (nhận thức bất đồng bộ 2 giai đoạn) và khối siêu nhanh theo dạng ống, những thiết kế này có cải tiến đáng kể về thông lượng và độ trễ.
Nền tảng
Công nghệ Blockchain là một công nghệ sổ cái phân tán phi tập trung, đảm bảo tính toàn vẹn và nhất quán của dữ liệu thông qua cơ chế nhận thức chung. Cơ chế nhận thức chung là cốt lõi của hệ thống blockchain, hiệu suất của nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng mở rộng và an ninh của blockchain. Cơ chế nhận thức chung sai lệch Byzantine (BFT) có những ưu điểm độc đáo trong việc đối phó với độ trễ mạng và sự cố của một phần nút, do đó đã trở thành trọng tâm nghiên cứu.
Mô hình và định nghĩa
Trong mô hình BFT không đồng bộ, hệ thống bao gồm n = 3f + 1 tiến trình, trong đó f tiến trình có thể bị phá hoại ác ý. Các tiến trình này giao tiếp với nhau qua các kênh không đồng bộ, độ trễ của việc truyền tin do kẻ thù kiểm soát. Mỗi tiến trình sở hữu một cặp khóa công khai và riêng tư để ký và xác thực, đảm bảo tính xác thực và toàn vẹn của tin nhắn.
Nhận thức chung Blockchain yêu cầu
Blockchain Nhận thức chung giao thức cần phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:
Hoạt tính: Trong việc thực thi vô hạn, tồn tại một chuỗi khối đã được quyết định vô hạn.
Tính nhất quán: Nếu có hai chuỗi blockchain đã được quyết định, thì một chuỗi phải là tiền tố của chuỗi kia.
Chất lượng P: Trong blockchain đã được quyết định, tỷ lệ giao dịch do các nút trung thực nhập vào ít nhất là p.
Thách thức của giao thức nhận thức chung bất đồng bộ hiện tại
Mặc dù giao thức VABA 2-chain từng được coi là giao thức nhận thức chung bất đồng bộ nhanh nhất với độ trễ dự kiến là 9.5δ, nhưng nghiên cứu đã phát hiện ra nhiều phương thức tấn công mà làm hỏng tính nhất quán và khả năng hoạt động của nó. Những vấn đề này bao gồm các cuộc tấn công do thiếu kiểm tra xác thực, các cuộc tấn công lợi dụng chiến lược nâng cao để cản trở khả năng hoạt động, và các cuộc tấn công tính nhất quán do việc nới lỏng định nghĩa xác thực lãnh đạo.
Thiết kế giao thức mới: 2PAC (Nhận thức chung bất đối xứng 2 giai đoạn)
Dựa trên phân tích các giao thức hiện có, các nhà nghiên cứu đã đề xuất giao thức 2PAC. Giao thức này thông qua việc đơn giản hóa và tối ưu hóa quá trình nhận thức chung, đã cải thiện đáng kể hiệu suất. Cụ thể bao gồm hai biến thể:
2PAClean：
Đã đạt được +90% thông lượng và độ trễ dự kiến 9.5δ, độ phức tạp thông điệp là O(n²).
Bằng cách loại bỏ các tương tác và chi phí tính toán không cần thiết, hiệu quả của giao thức đã được cải thiện.
2PACBIG：
Là giao thức nhận thức chung blockchain nhanh nhất hiện nay với độ phức tạp thông báo là O(n³).
Thời gian chạy MVBA một lần không có lỗi là 4δ, giảm đáng kể độ trễ.
Siêu nhanh dòng chảy khối
Các nhà nghiên cứu đã đề xuất một thiết kế khối theo dạng ống mới, giảm đáng kể độ trễ của khối theo dạng ống. Bằng cách giới thiệu cơ chế đường đi nhanh, thời gian quyết định của khối theo dạng ống thậm chí còn nhỏ hơn cả khối không theo dạng ống dưới trình lập lịch công bằng. Cơ chế này đảm bảo độ trễ của đường đi nhanh trong tất cả các thực thi và không bị ảnh hưởng bởi hành vi của các quá trình gặp sự cố.
Đánh giá hiệu suất
Thông qua phân tích lý thuyết và kiểm tra thực tế, độ trễ kỳ vọng của 2PAClean trong trường hợp xấu nhất là 9.5δ, trong khi trong trường hợp tốt (không có lỗi và bộ lập lịch nửa công bằng) là 6δ. So với đó, độ trễ kỳ vọng của sMVBA là 10δ, trong trường hợp tốt là 6δ. 2PAClean đã giảm độ trễ trong trường hợp xấu nhất xuống 0.5δ trong khi giữ nguyên độ trễ trong trường hợp tốt. Hơn nữa, thông lượng của 2PAClean đã tăng từ 80% đến 100% so với sMVBA chuỗi.
2PACBIG là giao thức có độ phức tạp thông điệp là O(n³), thời gian chạy MVBA một lần của nó là 4δ, nhanh hơn tất cả các giao thức hiện có. Thiết kế khối ống siêu nhanh cho phép s2PAClean và s2PACBIG đạt được thời gian quyết định khối ống lần lượt là 4δ và 3δ, cải thiện hơn nữa hiệu suất của giao thức.
Kết quả đánh giá tính toán
Đánh giá tính toán rộng rãi cho thấy, 2PAClean và 2PACBIG đều thể hiện hiệu suất xuất sắc trong các điều kiện mạng khác nhau, đặc biệt là trong môi trường có độ trễ cao và tỷ lệ lỗi cao. 2PAClean đạt được sự cân bằng tốt giữa độ trễ truyền thông và độ phức tạp tính toán, trong khi 2PACBIG đạt được độ trễ thấp hơn thông qua việc song song hóa và tối ưu hóa quy trình bỏ phiếu.
Hướng nghiên cứu trong tương lai
tối ưu hóa giao thức: đơn giản hóa và tối ưu hóa cấu trúc giao thức hơn nữa, giảm thiểu việc truyền tải thông điệp và chi phí tính toán không cần thiết.
Phân tích an ninh: Phân tích sâu về tính an ninh của giao thức mới trong các tình huống tấn công khác nhau, đảm bảo tính đáng tin cậy của nó trong ứng dụng thực tế.
Ứng dụng thực tế: Áp dụng giao thức mới vào hệ thống blockchain thực tế, xác minh hiệu suất của nó trong môi trường mạng thực.
Kết luận
Nghiên cứu này phân tích chi tiết những ưu điểm và nhược điểm của các giao thức đồng thuận blockchain bất đồng bộ hiện tại, và đề xuất hai thiết kế giao thức mới, đó là 2PAC và khối ống siêu nhanh. Những thiết kế mới này thể hiện rõ rệt lợi thế trong việc cải thiện thông lượng và giảm độ trễ, cung cấp tham khảo quan trọng cho sự phát triển công nghệ blockchain trong tương lai. Thông qua nghiên cứu và tối ưu hóa liên tục, công nghệ blockchain có triển vọng đóng vai trò ngày càng quan trọng trong nền kinh tế số trong tương lai, và các giao thức đồng thuận thế hệ mới sẽ cung cấp nền tảng vững chắc cho sự phát triển của công nghệ này.
Xem bản gốc
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.
Giao thức BFT phi tuyến mới 2PAC: Hiệu suất nhận thức chung của Blockchain tăng vọt
Nghiên cứu giao thức nhận thức chung Blockchain: Tiến bộ và ứng dụng mới nhất của BFT bất đồng bộ
Tổng quan
Bài viết này khám phá tình trạng phát triển của giao thức nhận thức chung blockchain, tập trung phân tích những tiến bộ mới nhất của giao thức sao chép trạng thái BFT (BFT SMR) chống lại sự đồng thuận Byzantine bất đồng bộ. Hiện tại, sMVBA là giao thức MVBA bất đồng bộ nhanh nhất với độ trễ dự kiến là 10δ. Bài viết cũng giới thiệu hai thiết kế giao thức mới: 2PAC (nhận thức bất đồng bộ 2 giai đoạn) và khối siêu nhanh theo dạng ống, những thiết kế này có cải tiến đáng kể về thông lượng và độ trễ.
Nền tảng
Công nghệ Blockchain là một công nghệ sổ cái phân tán phi tập trung, đảm bảo tính toàn vẹn và nhất quán của dữ liệu thông qua cơ chế nhận thức chung. Cơ chế nhận thức chung là cốt lõi của hệ thống blockchain, hiệu suất của nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng mở rộng và an ninh của blockchain. Cơ chế nhận thức chung sai lệch Byzantine (BFT) có những ưu điểm độc đáo trong việc đối phó với độ trễ mạng và sự cố của một phần nút, do đó đã trở thành trọng tâm nghiên cứu.
Mô hình và định nghĩa
Trong mô hình BFT không đồng bộ, hệ thống bao gồm n = 3f + 1 tiến trình, trong đó f tiến trình có thể bị phá hoại ác ý. Các tiến trình này giao tiếp với nhau qua các kênh không đồng bộ, độ trễ của việc truyền tin do kẻ thù kiểm soát. Mỗi tiến trình sở hữu một cặp khóa công khai và riêng tư để ký và xác thực, đảm bảo tính xác thực và toàn vẹn của tin nhắn.
Nhận thức chung Blockchain yêu cầu
Blockchain Nhận thức chung giao thức cần phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:
Thách thức của giao thức nhận thức chung bất đồng bộ hiện tại
Mặc dù giao thức VABA 2-chain từng được coi là giao thức nhận thức chung bất đồng bộ nhanh nhất với độ trễ dự kiến là 9.5δ, nhưng nghiên cứu đã phát hiện ra nhiều phương thức tấn công mà làm hỏng tính nhất quán và khả năng hoạt động của nó. Những vấn đề này bao gồm các cuộc tấn công do thiếu kiểm tra xác thực, các cuộc tấn công lợi dụng chiến lược nâng cao để cản trở khả năng hoạt động, và các cuộc tấn công tính nhất quán do việc nới lỏng định nghĩa xác thực lãnh đạo.
Thiết kế giao thức mới: 2PAC (Nhận thức chung bất đối xứng 2 giai đoạn)
Dựa trên phân tích các giao thức hiện có, các nhà nghiên cứu đã đề xuất giao thức 2PAC. Giao thức này thông qua việc đơn giản hóa và tối ưu hóa quá trình nhận thức chung, đã cải thiện đáng kể hiệu suất. Cụ thể bao gồm hai biến thể:
2PAClean：
2PACBIG：
Siêu nhanh dòng chảy khối
Các nhà nghiên cứu đã đề xuất một thiết kế khối theo dạng ống mới, giảm đáng kể độ trễ của khối theo dạng ống. Bằng cách giới thiệu cơ chế đường đi nhanh, thời gian quyết định của khối theo dạng ống thậm chí còn nhỏ hơn cả khối không theo dạng ống dưới trình lập lịch công bằng. Cơ chế này đảm bảo độ trễ của đường đi nhanh trong tất cả các thực thi và không bị ảnh hưởng bởi hành vi của các quá trình gặp sự cố.
Đánh giá hiệu suất
Thông qua phân tích lý thuyết và kiểm tra thực tế, độ trễ kỳ vọng của 2PAClean trong trường hợp xấu nhất là 9.5δ, trong khi trong trường hợp tốt (không có lỗi và bộ lập lịch nửa công bằng) là 6δ. So với đó, độ trễ kỳ vọng của sMVBA là 10δ, trong trường hợp tốt là 6δ. 2PAClean đã giảm độ trễ trong trường hợp xấu nhất xuống 0.5δ trong khi giữ nguyên độ trễ trong trường hợp tốt. Hơn nữa, thông lượng của 2PAClean đã tăng từ 80% đến 100% so với sMVBA chuỗi.
2PACBIG là giao thức có độ phức tạp thông điệp là O(n³), thời gian chạy MVBA một lần của nó là 4δ, nhanh hơn tất cả các giao thức hiện có. Thiết kế khối ống siêu nhanh cho phép s2PAClean và s2PACBIG đạt được thời gian quyết định khối ống lần lượt là 4δ và 3δ, cải thiện hơn nữa hiệu suất của giao thức.
Kết quả đánh giá tính toán
Đánh giá tính toán rộng rãi cho thấy, 2PAClean và 2PACBIG đều thể hiện hiệu suất xuất sắc trong các điều kiện mạng khác nhau, đặc biệt là trong môi trường có độ trễ cao và tỷ lệ lỗi cao. 2PAClean đạt được sự cân bằng tốt giữa độ trễ truyền thông và độ phức tạp tính toán, trong khi 2PACBIG đạt được độ trễ thấp hơn thông qua việc song song hóa và tối ưu hóa quy trình bỏ phiếu.
Hướng nghiên cứu trong tương lai
Kết luận
Nghiên cứu này phân tích chi tiết những ưu điểm và nhược điểm của các giao thức đồng thuận blockchain bất đồng bộ hiện tại, và đề xuất hai thiết kế giao thức mới, đó là 2PAC và khối ống siêu nhanh. Những thiết kế mới này thể hiện rõ rệt lợi thế trong việc cải thiện thông lượng và giảm độ trễ, cung cấp tham khảo quan trọng cho sự phát triển công nghệ blockchain trong tương lai. Thông qua nghiên cứu và tối ưu hóa liên tục, công nghệ blockchain có triển vọng đóng vai trò ngày càng quan trọng trong nền kinh tế số trong tương lai, và các giao thức đồng thuận thế hệ mới sẽ cung cấp nền tảng vững chắc cho sự phát triển của công nghệ này.