Останні досягнення та застосування протоколу консенсусу Блокчейн

Блокчейн технологія як представник децентралізованої розподіленої технології обліку, має в основі механізм консенсусу. Продуктивність механізму консенсусу безпосередньо впливає на масштабованість та безпеку системи блокчейн. Останніми роками асинхронний байєзантинський толерантний до збоїв (BFT) механізм консенсусу став предметом досліджень через свої переваги в умовах мережевих затримок та часткових збоїв вузлів.

Моделі та визначення

У моделі асинхронного BFT система складається з 3f + 1 процесів, де f може бути зловмисно зламаним. Процеси спілкуються через асинхронні канали, затримка передачі повідомлень непередбачувана. Кожен процес має пару публічного та приватного ключів для забезпечення автентичності та цілісності повідомлень.

Блокчейн Консенсус вимоги

Блокчейн Консенсус протокол需满足以下基本要求：

1. Активність: забезпечити безмежне виконання з безмежно довгим вже визначеним Блокчейн.
2. Узгодженість: гарантує, що будь-які дві вже прийняті Блокчейн, одна з них обов'язково є префіксом іншої.
3. Якість: гарантувати, що частка транзакцій, введених чесними вузлами в Блокчейні, не буде нижчою за встановлений поріг.

Виклики поточного асинхронного консенсус-протоколу

Наразі 2-chain VABA вважається найшвидшим асинхронним протоколом консенсусу з очікуваною затримкою 9.5δ. Однак дослідження виявило, що цей протокол має кілька вразливостей безпеки, які можуть призвести до порушення узгодженості та активності. До цих проблем належать недостатня перевірка автентичності, використання стратегій підвищення, що перешкоджають активності, а також занадто вільне визначення автентифікації лідера.

Новий протокол: 2PAC

Щоб вирішити проблеми існуючого протоколу, дослідники запропонували протокол 2PAC (протокол двоетапного асинхронного консенсусу). Цей протокол значно покращив продуктивність шляхом спрощення та оптимізації процесу консенсусу. 2PAC включає два варіанти:

1. 2PAClean:

   • Пропускна здатність підвищена на 90%, очікувана затримка 9.5δ
   • Складність повідомлення O(n²)
   • Підвищення ефективності шляхом зменшення непотрібних взаємодій та обчислень
2. 2. ПАКБІГ:
   • Наразі найшвидший Блокчейн Консенсус протокол при складності O(n³)
   • У безвідмовному режимі одноразовий час роботи MVBA становить лише 4δ

Надшвидка конвеєрна Блок

Дослідники також запропонували новий дизайн конвеєрних блоків, що суттєво знижує затримку конвеєрних блоків. Завдяки впровадженню механізму швидкого шляху, у випадку справедливого планувальника, час прийняття рішень для конвеєрних блоків може бути навіть меншим, ніж для нефункціональних блоків. Цей механізм забезпечує затримку швидкого шляху під час усіх виконань і не підлягає впливу від несправних процесів.

Оцінка продуктивності

Теоретичний аналіз і практичні тестування показують:

• 2PAClean найгірший сценарій очікує затримку 9.5δ, хороший сценарій 6δ
• Продуктивність 2PAClean перевищує продуктивність ланцюгового sMVBA на 80%-100%
• 2PACBIG одноразовий MVBA час виконання 4δ, наразі найшвидший
• Супер швидкий дизайн конвеєра дозволяє s2PAClean і s2PACBIG досягти часу прийняття рішень по блоку 4δ і 3δ відповідно.

Обчислювальна оцінка показує, що 2PAClean і 2PACBIG демонструють відмінні результати за різних мережевих умов, особливо в умовах високої затримки та високої частоти відмов.

Майбутні напрямки досліджень

1. Протокол далі оптимізується, зменшуючи витрати на передачу повідомлень та обчислення.
2. Глибокий аналіз безпеки нового протоколу в різних сценаріях атак
3. Застосування нового протоколу до реальних Блокчейн-систем, перевірка продуктивності в реальному мережевому середовищі

З розвитком технології Блокчейн, асинхронний BFT протокол консенсусу відіграватиме дедалі важливішу роль у забезпеченні безпеки та підвищенні продуктивності. Дизайн 2PAC та надшвидких конвеєрних Блоків демонструє напрямок розвитку майбутніх протоколів консенсусу Блокчейн: спрощуючи структуру протоколу та оптимізуючи процес консенсусу, досягаючи вищої пропускної здатності та нижчої затримки. Ці інновації надають нові ідеї для досягнення ефективних та безпечних протоколів консенсусу Блокчейн, що обіцяє сприяти більшій ролі технології Блокчейн у майбутній цифровій економіці.