Последние достижения и применения протокола согласования Блокчейн
Блокчейн технологии как децентрализованная распределённая бухгалтерская система, через соглашение механизм обеспечивает целостность и согласованность данных. Соглашение механизм является核心 блока системы блокчейн, его производительность непосредственно влияет на масштабируемость и безопасность блокчейна. Асинхронный византийский отказоустойчивый (BFT) механизм соглашения имеет уникальные преимущества в борьбе с сетевыми задержками и частичными сбоями узлов, поэтому стал предметом исследований.
Данный отчет исследует текущее состояние развития протоколов согласия в блокчейне, с акцентом на последние достижения протокола асинхронного византийского устойчивого состояния машины репликации (BFT SMR). Самый быстрый асинхронный протокол в настоящее время — это 2-chain VABA, ожидаемая задержка составляет 9.5δ. Однако, из-за уязвимостей, этот протокол не смог достичь ожидаемых показателей производительности. Поэтому sMVBA стал самым быстрым асинхронным MVBA протоколом, с ожидаемой задержкой в 10δ. В отчете также представлены два новых проектирования протоколов, а именно 2PAC (асинхронное согласие в 2 этапа) и сверхбыстрая конвейерная блокировка, демонстрирующие значительные улучшения в пропускной способности и задержке.
Модель и определение
В асинхронной модели BFT система состоит из n = 3f + 1 процессов, где f процессов могут быть злонамеренно нарушены. Эти процессы взаимодействуют друг с другом через асинхронные каналы, задержка передачи сообщений неконтролируемая. Каждый процесс имеет пару открытых и закрытых ключей для подписи и проверки, что обеспечивает подлинность и целостность сообщений.
Блокчейн Соглашение
Протокол согласования Блокчейна направлен на то, чтобы все честные узлы пришли к единому мнению о состоянии Блокчейна. Каждый узел постоянно получает новые транзакции, упаковывает их в блоки и через протокол согласования обеспечивает единство этих блоков на всех честных узлах. Протокол согласования Блокчейна должен удовлетворять следующим основным требованиям:
Активность: в бесконечном исполнении существует бесконечно длинная уже решённая Блокчейн.
Согласованность: если существуют две утвержденные Блокчейн, то одна из них должна быть префиксом другой.
Pкачество: в уже определённом Блокчейн, доля транзакций, введённых честными узлами, составляет не менее p.
Текущие проблемы асинхронного соглашения
Протокол 2-chain VABA, хотя и ожидает задержку в 9.5δ, подвержен множеству способов атак, которые нарушают его согласованность и активность. Например, атаки, вызванные отсутствием проверки аутентификации, атаки, использующие стратегии повышения для препятствования активности, а также атаки на согласованность, вызванные ослаблением определения аутентификации лидера и др. Несмотря на то, что протокол вводит некоторые новые механизмы, такие как параллельное выполнение множества параллельных экземпляров, он все еще не смог полностью решить эти проблемы.
Новый протокол проектирования: 2PAC (2-фазное асинхронное соглашение)
На основе анализа существующих протоколов исследователи предложили протокол 2PAC. Этот протокол значительно улучшает производительность за счет упрощения и оптимизации процесса согласования. В частности, он включает два варианта:
2PAClean:
Реализована пропускная способность более 90% и ожидаемая задержка 9.5δ, сложность сообщения составляет O(n²).
Повышена эффективность протокола за счет устранения ненужных взаимодействий и вычислительных затрат.
2PACBIG:
Это самый быстрый протокол согласования Блокчейн с текущей сложностью сообщений O(n³).
Безотказное время работы одного MVBA составляет 4δ, что значительно снижает задержку.
Супербыстрая конвейерная Блок
Исследователи предложили новый дизайн конвейерных блоков, который значительно уменьшает задержку конвейерных блоков. Внедрив механизм быстрого пути, время принятия решения по конвейерным блокам даже меньше, чем у неконвейерных блоков, при использовании справедливого планировщика. Этот механизм обеспечивает задержку быстрого пути во всех исполнениях и не подвержен влиянию поведения сбойных процессов.
Результаты квантования
Согласно теоретическому анализу и практическим испытаниям, ожидаемая задержка 2PAClean в худшем случае составляет 9.5δ, а в хорошем случае (без сбоев и с полуправильным планировщиком) — 6δ. В сравнении, ожидаемая задержка sMVBA составляет 10δ, а в хорошем случае — 6δ. Таким образом, 2PAClean уменьшает задержку в худшем случае на 0.5δ при сохранении той же задержки в хорошем случае. Кроме того, пропускная способность 2PAClean по сравнению с цепочным sMVBA увеличилась на 80% до 100%, что в основном связано с тем, что в новом дизайне были исключены ненужные потери блоков и вычислительные расходы.
2PACBIG как протокол с комплексностью сообщения O(n³) имеет время выполнения одной MVBA 4δ, что быстрее, чем у всех существующих протоколов. Кроме того, сверхбыстрый конвейерный дизайн блоков позволяет s2PAClean и s2PACBIG достичь времени принятия решений по конвейерным блокам 4δ и 3δ соответственно, что дополнительно улучшает производительность протокола.
Оценка расчета
Чтобы проверить производительность нового протокола, исследователи провели обширную вычислительную оценку. Результаты показали, что 2PAClean и 2PACBIG демонстрируют отличные показатели в различных сетевых условиях, особенно в средах с высокой задержкой и высокой частотой сбоев. В частности, 2PAClean добивается хорошего баланса между задержкой передачи сообщений и вычислительной сложностью, тогда как 2PACBIG достигает более низкой задержки за счет параллелизации и оптимизации процесса голосования.
Будущие направления исследований
Оптимизация протокола: дальнейшее упрощение и оптимизация структуры протокола, сокращение ненужной передачи сообщений и вычислительных затрат.
Анализ безопасности: углубленный анализ безопасности нового протокола в различных сценариях атак, чтобы обеспечить его надежность в реальных приложениях.
Практическое применение: применение нового протокола в реальной системе Блокчейн для проверки его производительности в реальной сетевой среде.
С развитием технологий Блокчейн, асинхронный протокол Соглашения BFT будет играть все более важную роль в обеспечении безопасности и повышении производительности. Дизайн 2PAC и сверхбыстрой конвейерной Блоки демонстрирует направление развития будущих протоколов Соглашения Блокчейн, а именно, упрощая структуру протокола и оптимизируя процесс Соглашения, добиваться более высокой пропускной способности и более низкой задержки.
Эти новые протоколы не только теоретически доказали свое превосходство, но и продемонстрировали выдающуюся производительность в практических тестах, предоставляя новые идеи для реализации эффективных и безопасных Блокчейн Соглашений. Благодаря постоянным исследованиям и оптимизации, Блокчейн технологии сыграют более важную роль в будущем цифровой экономики, а новое поколение Соглашений обеспечит прочную основу для развития этой технологии.
Посмотреть Оригинал
На этой странице может содержаться сторонний контент, который предоставляется исключительно в информационных целях (не в качестве заявлений/гарантий) и не должен рассматриваться как поддержка взглядов компании Gate или как финансовый или профессиональный совет. Подробности смотрите в разделе «Отказ от ответственности» .
2PAC Протокол инновации: Блокчейн Соглашение достигает 9.5δ задержки и увеличения пропускной способности на 90%
Последние достижения и применения протокола согласования Блокчейн
Блокчейн технологии как децентрализованная распределённая бухгалтерская система, через соглашение механизм обеспечивает целостность и согласованность данных. Соглашение механизм является核心 блока системы блокчейн, его производительность непосредственно влияет на масштабируемость и безопасность блокчейна. Асинхронный византийский отказоустойчивый (BFT) механизм соглашения имеет уникальные преимущества в борьбе с сетевыми задержками и частичными сбоями узлов, поэтому стал предметом исследований.
Данный отчет исследует текущее состояние развития протоколов согласия в блокчейне, с акцентом на последние достижения протокола асинхронного византийского устойчивого состояния машины репликации (BFT SMR). Самый быстрый асинхронный протокол в настоящее время — это 2-chain VABA, ожидаемая задержка составляет 9.5δ. Однако, из-за уязвимостей, этот протокол не смог достичь ожидаемых показателей производительности. Поэтому sMVBA стал самым быстрым асинхронным MVBA протоколом, с ожидаемой задержкой в 10δ. В отчете также представлены два новых проектирования протоколов, а именно 2PAC (асинхронное согласие в 2 этапа) и сверхбыстрая конвейерная блокировка, демонстрирующие значительные улучшения в пропускной способности и задержке.
Модель и определение
В асинхронной модели BFT система состоит из n = 3f + 1 процессов, где f процессов могут быть злонамеренно нарушены. Эти процессы взаимодействуют друг с другом через асинхронные каналы, задержка передачи сообщений неконтролируемая. Каждый процесс имеет пару открытых и закрытых ключей для подписи и проверки, что обеспечивает подлинность и целостность сообщений.
Блокчейн Соглашение
Протокол согласования Блокчейна направлен на то, чтобы все честные узлы пришли к единому мнению о состоянии Блокчейна. Каждый узел постоянно получает новые транзакции, упаковывает их в блоки и через протокол согласования обеспечивает единство этих блоков на всех честных узлах. Протокол согласования Блокчейна должен удовлетворять следующим основным требованиям:
Текущие проблемы асинхронного соглашения
Протокол 2-chain VABA, хотя и ожидает задержку в 9.5δ, подвержен множеству способов атак, которые нарушают его согласованность и активность. Например, атаки, вызванные отсутствием проверки аутентификации, атаки, использующие стратегии повышения для препятствования активности, а также атаки на согласованность, вызванные ослаблением определения аутентификации лидера и др. Несмотря на то, что протокол вводит некоторые новые механизмы, такие как параллельное выполнение множества параллельных экземпляров, он все еще не смог полностью решить эти проблемы.
Новый протокол проектирования: 2PAC (2-фазное асинхронное соглашение)
На основе анализа существующих протоколов исследователи предложили протокол 2PAC. Этот протокол значительно улучшает производительность за счет упрощения и оптимизации процесса согласования. В частности, он включает два варианта:
2PAClean:
2PACBIG:
Супербыстрая конвейерная Блок
Исследователи предложили новый дизайн конвейерных блоков, который значительно уменьшает задержку конвейерных блоков. Внедрив механизм быстрого пути, время принятия решения по конвейерным блокам даже меньше, чем у неконвейерных блоков, при использовании справедливого планировщика. Этот механизм обеспечивает задержку быстрого пути во всех исполнениях и не подвержен влиянию поведения сбойных процессов.
Результаты квантования
Согласно теоретическому анализу и практическим испытаниям, ожидаемая задержка 2PAClean в худшем случае составляет 9.5δ, а в хорошем случае (без сбоев и с полуправильным планировщиком) — 6δ. В сравнении, ожидаемая задержка sMVBA составляет 10δ, а в хорошем случае — 6δ. Таким образом, 2PAClean уменьшает задержку в худшем случае на 0.5δ при сохранении той же задержки в хорошем случае. Кроме того, пропускная способность 2PAClean по сравнению с цепочным sMVBA увеличилась на 80% до 100%, что в основном связано с тем, что в новом дизайне были исключены ненужные потери блоков и вычислительные расходы.
2PACBIG как протокол с комплексностью сообщения O(n³) имеет время выполнения одной MVBA 4δ, что быстрее, чем у всех существующих протоколов. Кроме того, сверхбыстрый конвейерный дизайн блоков позволяет s2PAClean и s2PACBIG достичь времени принятия решений по конвейерным блокам 4δ и 3δ соответственно, что дополнительно улучшает производительность протокола.
Оценка расчета
Чтобы проверить производительность нового протокола, исследователи провели обширную вычислительную оценку. Результаты показали, что 2PAClean и 2PACBIG демонстрируют отличные показатели в различных сетевых условиях, особенно в средах с высокой задержкой и высокой частотой сбоев. В частности, 2PAClean добивается хорошего баланса между задержкой передачи сообщений и вычислительной сложностью, тогда как 2PACBIG достигает более низкой задержки за счет параллелизации и оптимизации процесса голосования.
Будущие направления исследований
С развитием технологий Блокчейн, асинхронный протокол Соглашения BFT будет играть все более важную роль в обеспечении безопасности и повышении производительности. Дизайн 2PAC и сверхбыстрой конвейерной Блоки демонстрирует направление развития будущих протоколов Соглашения Блокчейн, а именно, упрощая структуру протокола и оптимизируя процесс Соглашения, добиваться более высокой пропускной способности и более низкой задержки.
Эти новые протоколы не только теоретически доказали свое превосходство, но и продемонстрировали выдающуюся производительность в практических тестах, предоставляя новые идеи для реализации эффективных и безопасных Блокчейн Соглашений. Благодаря постоянным исследованиям и оптимизации, Блокчейн технологии сыграют более важную роль в будущем цифровой экономики, а новое поколение Соглашений обеспечит прочную основу для развития этой технологии.