حالة تطور بروتوكول الإجماع للبلوكتشين وتصميمات جديدة

تعتبر تقنية البلوكتشين كتمثيل للدفتر الموزع غير المركزي، ويكمن جوهرها في آلية الإجماع. تستكشف هذه المقالة التقدمات الأخيرة لبروتوكول نسخ حالة التسامح مع الأخطاء البيزنطية غير المتزامنة (BFT SMR) وتقترح تصميمين مبتكرين للبروتوكول.

نظرة عامة على بروتوكول الإجماع غير المتزامن الحالي

حالياً، بروتوكول sMVBA أصبح أسرع بروتوكول MVBA غير متزامن مع تأخير متوقع قدره 10δ. على الرغم من أن VABA ثنائية السلسلة قد ادعت أنها حققت تأخيراً متوقعاً قدره 9.5δ، إلا أن الأداء الفعلي لم يتمكن من تحقيق ذلك بسبب وجود ثغرات أمنية متعددة.

تصميم البروتوكول الجديد

1. 2PAC (الإجماع غير المتزامن المرحلي الثاني)

استنادًا إلى التحليل المتعمق للبروتوكول الحالي، قدمنا بروتوكول 2PAC، والذي تتضمن أنواعه الرئيسية:

• 2PAClean: حقق زيادة في معدل الإنتاجية بنسبة تزيد عن 90%، مع تأخير متوقع قدره 9.5δ، وتعقيد الرسالة هو O(n²).
• 2PACBIG：حالياً تعقيد الرسالة هو O(n³) لأسرع بروتوكول إجماع بلوكتشين، وفي حالة عدم وجود أعطال، فإن زمن تشغيل MVBA لمرة واحدة هو فقط 4δ.

2. خط إنتاج كتلة فائق السرعة

يقلل هذا التصميم المبتكر بشكل كبير من تأخير كتلة خط الأنابيب. تحت جدولة عادلة، قد يكون وقت اتخاذ القرار لكتلة خط الأنابيب أقل حتى من كتلة غير خط الأنابيب. يضمن هذا الآلية تأخير المسار السريع في جميع عمليات التنفيذ، غير متأثر بعمليات الفشل.

تقييم الأداء

تشير التحليلات النظرية والاختبارات العملية إلى:

• 2PAClean في أسوأ الحالات، يكون التأخير المتوقع 9.5δ، وفي الحالات الجيدة يكون 6δ.
• وقت تشغيل MVBA لمرة واحدة من 2PACBIG هو 4δ، أفضل من جميع البروتوكولات الحالية.
• تصميم كتلة خط التجميع فائق السرعة يجعل s2PAClean و s2PACBIG تحقق قرارات كتلة خط التجميع بوقت 4δ و 3δ على التوالي.

تظهر نتائج التقييم الحسابي أن 2PAClean و 2PACBIG يتمتعان بأداء ممتاز في ظروف الشبكة المختلفة، وخاصة في بيئات التأخير العالي ومعدل الفشل المرتفع. حقق 2PAClean توازنًا جيدًا بين تأخير الرسائل وتعقيد الحساب، بينما حقق 2PACBIG تأخيرًا أقل من خلال التوازي وتحسين عملية التصويت.

اتجاهات البحث المستقبلية

1. بروتوكول تحسين: تبسيط هيكل البروتوكول بشكل أكبر، وتقليل الرسائل غير الضرورية وأعباء الحساب.
2. تحليل الأمان: دراسة متعمقة لأمان البروتوكول الجديد في سيناريوهات الهجوم المختلفة.
3. التطبيقات العملية: تطبيق بروتوكول الجديد على أنظمة البلوكتشين الفعلية، والتحقق من أدائها في بيئة الشبكة الحقيقية.

مع التطور المستمر لتكنولوجيا البلوكتشين، سيلعب بروتوكول الإجماع BFT غير المتزامن دورًا متزايد الأهمية في ضمان الأمان وزيادة الأداء. يشير تصميم 2PAC وكتل التدفق السريع للغاية إلى الاتجاه لتطوير بروتوكولات إجماع البلوكتشين في المستقبل: من خلال تبسيط هيكل البروتوكول وتحسين عملية الإجماع، لتحقيق معدلات نقل أعلى وزمن استجابة أقل.

هذه الابتكارات لم تثبت تفوقها نظريًا فحسب، بل أظهرت أيضًا أداءً ممتازًا في الاختبارات العملية، مما يوفر أفكارًا جديدة لتحقيق بروتوكول إجماع بلوكتشين فعال وآمن. مع تعمق البحث وتحسين التكنولوجيا، من المتوقع أن تلعب البلوكتشين دورًا أكثر أهمية في الاقتصاد الرقمي المستقبلي، بينما ستؤسس بروتوكولات الإجماع من الجيل الجديد أساسًا قويًا لتطور هذه التقنية.