Останні досягнення та застосування протоколу консенсусу блокчейн

Блокчейн технологія як представник децентралізованих розподілених бухгалтерських технологій має в своїй основі консенсус механізм. Продуктивність консенсус механізму безпосередньо впливає на масштабованість і безпеку блокчейн систем. Цей звіт зосереджується на останніх розробках протоколу асинхронного візантійського толерантного до збоїв (BFT SMR), глибоко досліджуючи найшвидші асинхронні протоколи та їхні існуючі проблеми, а також пропонує два інноваційні проєктування протоколів.

Огляд асинхронної моделі BFT

У асинхронній BFT моделі система складається з 3f + 1 процесів, з яких f можуть бути зловмисно скомпрометовані. Процеси спілкуються через асинхронні канали, затримка передачі повідомлень непередбачувана. Кожен процес має пару відкритого і закритого ключів для забезпечення автентичності і цілісності повідомлень.

Основні вимоги протоколу консенсусу Блокчейн

1. Активність: забезпечити наявність безкінечно довгого затвердженого Блокчейн у безкінечному виконанні.
2. Узгодженість: будь-які два вже визначені Блокчейн, один з них повинен бути префіксом іншого.
3. Якість: Вирішено, що в Блокчейн частка транзакцій, введених чесними вузлами, досягне заданого порогу.

Поточні виклики асинхронного консенсусу

Наразі протокол sMVBA з очікуваною затримкою 10δ став найшвидшим асинхронним MVBA протоколом. Раніше найшвидший 2-chain VABA протокол (очікувана затримка 9.5δ) виявився з багатьма вразливостями безпеки, включаючи відсутність перевірок автентичності, використання підвищувальних стратегій для перешкоджання активності, а також проблеми з узгодженістю через послаблення визначення автентифікації лідера.

Інноваційний дизайн протоколу

1. 2PAC (2 етапний асинхронний консенсус)

2PAC протокол шляхом спрощення та оптимізації процесу консенсусу суттєво підвищив продуктивність. Він включає два різновиди:

• 2PAClean: досягнуто підвищення пропускної здатності більш ніж на 90%, очікувана затримка становить 9.5δ, складність повідомлення дорівнює O(n²).
• 2PACBIG: Наразі складність повідомлень становить O(n³) найшвидшого протоколу консенсусу Блокчейн, час виконання одноразового MVBA без збоїв становить лише 4δ.

2. Супер швидка конвеєрна Блок

Цей новий дизайн значно зменшив затримку поточних блоків. Завдяки впровадженню механізму швидкого шляху, під час роботи справедливого планувальника, час прийняття рішень для поточних блоків може бути навіть меншим, ніж для непоточних блоків. Цей механізм забезпечує затримку швидкого шляху у всіх виконаннях, не підлягаючи впливу несправних процесів.

Оцінка продуктивності

Теоретичний аналіз і практичні випробування показали:

• 2PAClean у найгіршому випадку очікувана затримка становить 9.5δ, у хорошому випадку - 6δ.
• Продуктивність 2PAClean вища на 80%-100% порівняно з ланцюговим sMVBA.
• Час виконання одноразового MVBA 2PACBIG становить 4δ, що краще за всі існуючі протоколи.
• Надшвидка проектування конвеєра дозволяє s2PAClean і s2PACBIG досягти часу прийняття рішень про блоки конвеєра 4δ і 3δ відповідно.

Майбутні напрямки досліджень

1. Додатково спростити та оптимізувати структуру протоколу, зменшити непотрібну передачу повідомлень та обчислювальні витрати.
2. Глибокий аналіз безпеки нового протоколу в різних сценаріях атаки.
3. Застосувати новий протокол до реальної Блокчейн-системи, перевірити його ефективність у реальному мережевому середовищі.

З розвитком технологій Блокчейн, асинхронний протокол Консенсусу BFT відіграватиме все важливішу роль у забезпеченні безпеки та підвищенні продуктивності. Дизайн 2PAC та надшвидкої конвеєрної Блоки вказує на напрямок розвитку майбутніх протоколів Консенсусу Блокчейн, а саме через спрощення структури протоколу та оптимізацію процесу Консенсусу, досягнення більшої пропускної здатності та нижчої затримки. Ці інновації не лише теоретично довели свою перевагу, а й продемонстрували видатну продуктивність в практичних випробуваннях, надаючи нові ідеї для реалізації ефективних та безпечних протоколів Консенсусу Блокчейн.