Останні досягнення та застосування протоколу консенсусу блокчейн
Блокчейн технологія як децентралізована розподілена бухгалтерська технологія забезпечує цілісність та узгодженість даних через механізм консенсусу. Механізм консенсусу є ядром системи блокчейн, його продуктивність безпосередньо впливає на масштабованість та безпеку блокчейну. Асинхронний байєрський механізм відмовостійкості (BFT) має унікальні переваги у боротьбі з затримками в мережі та частковими збоїми вузлів, тому став предметом досліджень.
Цей звіт досліджує сучасний стан розвитку протоколів консенсусу Блокчейн, зосереджуючи увагу на останніх досягненнях у протоколі асинхронного байєзентинського толерантного до помилок стану машини (BFT SMR). Наразі найшвидшим асинхронним протоколом є 2-chain VABA, але через наявність вразливостей його очікуване затримання в 9.5δ не було досягнуто. Тому sMVBA став наразі найшвидшим асинхронним MVBA протоколом з очікуваним затриманням у 10δ. У звіті також запропоновано два нові проекти протоколів, а саме 2PAC (асинхронний консенсус з 2 етапів) та надшвидка конвеєрна Блок, що демонструє значні покращення в пропускній здатності та затримці.
Моделі та визначення
У моделі асинхронного BFT система складається з n = 3f + 1 процесів, де f процесів можуть бути зловмисно знищені супротивником. Ці процеси спілкуються один з одним через асинхронні канали, затримка передачі повідомлень контролюється супротивником. Кожен процес має пару відкритих і закритих ключів для підпису та перевірки, що забезпечує справжність і цілісність повідомлень.
Блокчейн Консенсус
Блокчейн Консенсус протокол має на меті забезпечити досягнення згоди всіма чесними вузлами щодо стану Блоку. Конкретно, кожен вузол постійно отримує нові транзакції та упаковує їх у блоки, забезпечуючи досягнення згоди щодо цих блоків на всіх чесних вузлах через Консенсус протокол. Блокчейн Консенсус протокол повинен відповідати кільком основним вимогам:
Активність (Liveness): у безкінечному виконанні існує безкінечно довгий ухвалений Блокчейн.
Консенсус (Consistency): якщо існує два визначених Блокчейн, то один з них повинен бути префіксом іншого.
P-якість (P-Quality): в уже визначеному Блокчейн, частка транзакцій, введених чесними вузлами, становить не менше p.
Виклики сучасного асинхронного консенсус-протоколу
Наразі найшвидшим асинхронним протоколом консенсусу є 2-chain VABA, його очікувана затримка становить 9.5δ. Однак цей протокол має кілька способів атак, які порушують його консистентність і активність. Наприклад, атаки, що виникають через відсутність перевірки автентичності, атаки, що використовують стратегії підвищення для перешкоджання активності, а також атаки на консистентність, що виникають через послаблення визначення автентичності лідера. Незважаючи на те, що 2-chain VABA впроваджує деякі нові механізми, такі як паралельне виконання кількох паралельних екземплярів, ці проблеми все ще не були повністю вирішені.
Новий дизайн протоколу: 2PAC (2-фазний асинхронний консенсус)
На основі аналізу існуючих протоколів, дослідники запропонували протокол 2PAC. Цей протокол значно покращує продуктивність шляхом спрощення та оптимізації процесу консенсусу. Конкретно це включає два варіанти:
2PAClean:
Реалізовано +90% пропускної здатності та очікувана затримка 9.5δ, складність повідомлення O(n²).
Підвищена ефективність протоколу шляхом усунення непотрібних взаємодій і обчислювальних витрат.
ПАКБІГ:
Це найшвидший блокчейн протокол консенсусу з поточною складністю повідомлень O(n³).
Безвідмовний час одноразового виконання MVBA становить 4δ, що значно знижує затримку.
Супер швидкий конвеєр Блок
Дослідники запропонували новий дизайн конвеєрних Блоків, що значно зменшує затримку конвеєрних Блоків. Завдяки впровадженню механізму швидкого шляху, час ухвалення рішень для конвеєрних Блоків навіть менший, ніж для не конвеєрних Блоків, при справедливому планувальнику. Цей механізм гарантує затримку швидкого шляху у всіх виконаннях і не підлягає впливу поведінки несправних процесів.
Результати кількісного аналізу
Завдяки теоретичному аналізу та практичному тестуванню, очікувана затримка 2PAClean у найгіршому випадку становить 9.5δ, а в хорошому випадку (без збоїв і напівсправедливий планувальник) – 6δ. У порівнянні, очікувана затримка sMVBA становить 10δ, а в хорошому випадку – 6δ. Таким чином, 2PAClean зменшує затримку у найгіршому випадку на 0.5δ при збереженні такої ж затримки в хорошому випадку. Крім того, пропускна здатність 2PAClean порівняно з ланцюговим sMVBA підвищилася на 80% до 100%, в основному завдяки новому дизайну, який уникає непотрібних скидань блоків і обчислювальних витрат.
2PACBIG як протокол з складністю повідомлень O(n³), має час виконання MVBA за один раз 4δ, що швидше за всі існуючі протоколи. Крім того, надшвидкий конвеєрний дизайн блоків дозволяє s2PAClean і s2PACBIG досягати відповідно 4δ та 3δ часу прийняття рішень для конвеєрних блоків, що додатково підвищує продуктивність протоколу.
Обчислення оцінки
Щоб перевірити продуктивність нового протоколу, дослідники провели широкі обчислювальні оцінки. Результати показали, що 2PAClean і 2PACBIG демонструють відмінну продуктивність в різних мережевих умовах, особливо в умовах високої затримки та високої частоти збоїв. Конкретно, 2PAClean досягнув гарного балансу між затримкою передачі повідомлень і обчислювальною складністю, в той час як 2PACBIG забезпечив меншу затримку завдяки паралелізації та оптимізації процесу голосування.
З розвитком технологій Блокчейн, асинхронний протокол Консенсусу BFT відіграватиме все більш важливу роль у забезпеченні безпеки та підвищенні продуктивності. Дизайн 2PAC та надшвидких конвеєрних Блоків демонструє напрямок розвитку майбутніх протоколів Консенсусу Блокчейн, а саме спрощення структури протоколу та оптимізації процесу Консенсусу для досягнення вищої пропускної здатності та нижчої затримки.
Майбутні напрямки досліджень
Майбутні дослідження можуть подальше вивчити наступні напрямки:
Оптимізація протоколу: подальше спрощення та оптимізація структури протоколу, зменшення непотрібної передачі повідомлень та обчислювальних витрат.
Аналіз безпеки: глибокий аналіз нової протоколи в різних сценаріях атак, щоб забезпечити її надійність у практичному застосуванні.
Фактичне застосування: застосування нового протоколу до фактичних Блокчейн систем, перевірка його продуктивності в реальному мережевому середовищі.
Цей звіт детально аналізує поточні переваги та недоліки асинхронних Блокчейн Консенсус протоколів і пропонує два нових дизайни протоколів, а саме 2PAC і надшвидкий конвеєрний Блок. Нові дизайни продемонстрували значні переваги в підвищенні пропускної здатності та зменшенні затримок, надаючи важливі посилання для майбутнього розвитку Блокчейн технологій. Ці нові протоколи не лише теоретично довели свою перевагу, але й продемонстрували видатні характеристики в практичних випробуваннях, пропонуючи нові підходи до досягнення ефективних і безпечних Блокчейн Консенсус протоколів.
Через постійні дослідження та оптимізацію, Блокчейн технологія відіграватиме все більш важливу роль у майбутній цифровій економіці, а нове покоління Консенсус протоколів забезпечить міцну основу для розвитку цієї технології.
Переглянути оригінал
Ця сторінка може містити контент третіх осіб, який надається виключно в інформаційних цілях (не в якості запевнень/гарантій) і не повинен розглядатися як схвалення його поглядів компанією Gate, а також як фінансова або професійна консультація. Див. Застереження для отримання детальної інформації.
17 лайків
Нагородити
17
8
Поділіться
Прокоментувати
0/400
GateUser-2fce706c
· 07-15 11:33
Я вже казав, що це найбільша можливість 2023 року. Увійти в позицію, чого ж ти чекаєш?
Новий прорив у асинхронному BFT консенсусі: протокол 2PAC забезпечує вищу пропускну здатність та нижчу затримку
Останні досягнення та застосування протоколу консенсусу блокчейн
Блокчейн технологія як децентралізована розподілена бухгалтерська технологія забезпечує цілісність та узгодженість даних через механізм консенсусу. Механізм консенсусу є ядром системи блокчейн, його продуктивність безпосередньо впливає на масштабованість та безпеку блокчейну. Асинхронний байєрський механізм відмовостійкості (BFT) має унікальні переваги у боротьбі з затримками в мережі та частковими збоїми вузлів, тому став предметом досліджень.
Цей звіт досліджує сучасний стан розвитку протоколів консенсусу Блокчейн, зосереджуючи увагу на останніх досягненнях у протоколі асинхронного байєзентинського толерантного до помилок стану машини (BFT SMR). Наразі найшвидшим асинхронним протоколом є 2-chain VABA, але через наявність вразливостей його очікуване затримання в 9.5δ не було досягнуто. Тому sMVBA став наразі найшвидшим асинхронним MVBA протоколом з очікуваним затриманням у 10δ. У звіті також запропоновано два нові проекти протоколів, а саме 2PAC (асинхронний консенсус з 2 етапів) та надшвидка конвеєрна Блок, що демонструє значні покращення в пропускній здатності та затримці.
Моделі та визначення
У моделі асинхронного BFT система складається з n = 3f + 1 процесів, де f процесів можуть бути зловмисно знищені супротивником. Ці процеси спілкуються один з одним через асинхронні канали, затримка передачі повідомлень контролюється супротивником. Кожен процес має пару відкритих і закритих ключів для підпису та перевірки, що забезпечує справжність і цілісність повідомлень.
Блокчейн Консенсус
Блокчейн Консенсус протокол має на меті забезпечити досягнення згоди всіма чесними вузлами щодо стану Блоку. Конкретно, кожен вузол постійно отримує нові транзакції та упаковує їх у блоки, забезпечуючи досягнення згоди щодо цих блоків на всіх чесних вузлах через Консенсус протокол. Блокчейн Консенсус протокол повинен відповідати кільком основним вимогам:
Виклики сучасного асинхронного консенсус-протоколу
Наразі найшвидшим асинхронним протоколом консенсусу є 2-chain VABA, його очікувана затримка становить 9.5δ. Однак цей протокол має кілька способів атак, які порушують його консистентність і активність. Наприклад, атаки, що виникають через відсутність перевірки автентичності, атаки, що використовують стратегії підвищення для перешкоджання активності, а також атаки на консистентність, що виникають через послаблення визначення автентичності лідера. Незважаючи на те, що 2-chain VABA впроваджує деякі нові механізми, такі як паралельне виконання кількох паралельних екземплярів, ці проблеми все ще не були повністю вирішені.
Новий дизайн протоколу: 2PAC (2-фазний асинхронний консенсус)
На основі аналізу існуючих протоколів, дослідники запропонували протокол 2PAC. Цей протокол значно покращує продуктивність шляхом спрощення та оптимізації процесу консенсусу. Конкретно це включає два варіанти:
2PAClean:
Супер швидкий конвеєр Блок
Дослідники запропонували новий дизайн конвеєрних Блоків, що значно зменшує затримку конвеєрних Блоків. Завдяки впровадженню механізму швидкого шляху, час ухвалення рішень для конвеєрних Блоків навіть менший, ніж для не конвеєрних Блоків, при справедливому планувальнику. Цей механізм гарантує затримку швидкого шляху у всіх виконаннях і не підлягає впливу поведінки несправних процесів.
Результати кількісного аналізу
Завдяки теоретичному аналізу та практичному тестуванню, очікувана затримка 2PAClean у найгіршому випадку становить 9.5δ, а в хорошому випадку (без збоїв і напівсправедливий планувальник) – 6δ. У порівнянні, очікувана затримка sMVBA становить 10δ, а в хорошому випадку – 6δ. Таким чином, 2PAClean зменшує затримку у найгіршому випадку на 0.5δ при збереженні такої ж затримки в хорошому випадку. Крім того, пропускна здатність 2PAClean порівняно з ланцюговим sMVBA підвищилася на 80% до 100%, в основному завдяки новому дизайну, який уникає непотрібних скидань блоків і обчислювальних витрат.
2PACBIG як протокол з складністю повідомлень O(n³), має час виконання MVBA за один раз 4δ, що швидше за всі існуючі протоколи. Крім того, надшвидкий конвеєрний дизайн блоків дозволяє s2PAClean і s2PACBIG досягати відповідно 4δ та 3δ часу прийняття рішень для конвеєрних блоків, що додатково підвищує продуктивність протоколу.
Обчислення оцінки
Щоб перевірити продуктивність нового протоколу, дослідники провели широкі обчислювальні оцінки. Результати показали, що 2PAClean і 2PACBIG демонструють відмінну продуктивність в різних мережевих умовах, особливо в умовах високої затримки та високої частоти збоїв. Конкретно, 2PAClean досягнув гарного балансу між затримкою передачі повідомлень і обчислювальною складністю, в той час як 2PACBIG забезпечив меншу затримку завдяки паралелізації та оптимізації процесу голосування.
З розвитком технологій Блокчейн, асинхронний протокол Консенсусу BFT відіграватиме все більш важливу роль у забезпеченні безпеки та підвищенні продуктивності. Дизайн 2PAC та надшвидких конвеєрних Блоків демонструє напрямок розвитку майбутніх протоколів Консенсусу Блокчейн, а саме спрощення структури протоколу та оптимізації процесу Консенсусу для досягнення вищої пропускної здатності та нижчої затримки.
Майбутні напрямки досліджень
Майбутні дослідження можуть подальше вивчити наступні напрямки:
Цей звіт детально аналізує поточні переваги та недоліки асинхронних Блокчейн Консенсус протоколів і пропонує два нових дизайни протоколів, а саме 2PAC і надшвидкий конвеєрний Блок. Нові дизайни продемонстрували значні переваги в підвищенні пропускної здатності та зменшенні затримок, надаючи важливі посилання для майбутнього розвитку Блокчейн технологій. Ці нові протоколи не лише теоретично довели свою перевагу, але й продемонстрували видатні характеристики в практичних випробуваннях, пропонуючи нові підходи до досягнення ефективних і безпечних Блокчейн Консенсус протоколів.
Через постійні дослідження та оптимізацію, Блокчейн технологія відіграватиме все більш важливу роль у майбутній цифровій економіці, а нове покоління Консенсус протоколів забезпечить міцну основу для розвитку цієї технології.