Những tiến triển và ứng dụng mới nhất của giao thức nhận thức chung Blockchain
Công nghệ Blockchain, như một loại công nghệ sổ cái phân tán phi tập trung, đảm bảo tính toàn vẹn và nhất quán của dữ liệu thông qua cơ chế nhận thức chung. Cơ chế nhận thức chung là cốt lõi của hệ thống Blockchain, hiệu suất của nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng mở rộng và tính an toàn của Blockchain. Cơ chế nhận thức chung bất đồng bộ Byzantine Fault Tolerance (BFT) có những lợi thế độc đáo trong việc đối phó với độ trễ mạng và sự cố của các nút, do đó trở thành trọng tâm nghiên cứu.
Báo cáo này khám phá tình trạng phát triển của giao thức nhận thức chung Blockchain, tập trung phân tích những tiến bộ mới nhất của giao thức sao chép trạng thái lỗi Byzantine không đồng bộ (BFT SMR). Giao thức không đồng bộ nhanh nhất hiện nay là 2-chain VABA, nhưng do tồn tại lỗ hổng, thời gian trễ dự kiến 9.5δ của nó không thể đạt được. Do đó, sMVBA trở thành giao thức MVBA không đồng bộ nhanh nhất hiện tại, với thời gian trễ dự kiến là 10δ. Báo cáo cũng đề xuất hai thiết kế giao thức mới, đó là 2PAC (nhận thức không đồng bộ 2 giai đoạn) và khối siêu nhanh, thể hiện sự cải tiến đáng kể về thông lượng và độ trễ.
Mô hình và định nghĩa
Trong mô hình BFT bất đồng bộ, hệ thống được cấu thành từ n = 3f + 1 tiến trình, trong đó f tiến trình có thể bị đối thủ phá hoại một cách ác ý. Các tiến trình này giao tiếp với nhau qua các kênh bất đồng bộ, độ trễ của việc truyền đạt tin nhắn do đối thủ kiểm soát. Mỗi tiến trình có một cặp khóa công khai và riêng tư để ký và xác thực, đảm bảo tính xác thực và toàn vẹn của tin nhắn.
Blockchain Nhận thức chung
Giao thức nhận thức chung Blockchain nhằm mục đích giúp tất cả các nút trung thực đạt được sự đồng thuận về trạng thái của Blockchain. Cụ thể, mỗi nút liên tục nhận các giao dịch mới và đóng gói chúng thành các khối, thông qua giao thức nhận thức chung đảm bảo rằng các khối này đạt được sự đồng thuận trên tất cả các nút trung thực. Giao thức nhận thức chung Blockchain cần phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:
Tính hoạt động (Liveness): Trong quá trình thực thi vô hạn, tồn tại một chuỗi Blockchain đã được xác định với độ dài vô hạn.
Tính nhất quán (Consistency): Nếu có hai chuỗi Blockchain đã được quyết định, thì một trong hai chuỗi đó phải là tiền tố của chuỗi còn lại.
P chất lượng (P-Quality): Trong blockchain đã được quyết định, tỷ lệ giao dịch do các nút trung thực nhập vào ít nhất là p.
Thách thức của giao thức nhận thức chung bất đồng bộ hiện tại
Hiện tại, giao thức nhận thức chung bất đồng bộ nhanh nhất là 2-chain VABA, với độ trễ kỳ vọng là 9.5δ. Tuy nhiên, giao thức này tồn tại nhiều cách tấn công khác nhau, làm hỏng tính nhất quán và khả năng hoạt động của nó. Ví dụ, các cuộc tấn công do thiếu xác thực kiểm tra, các cuộc tấn công cản trở khả năng hoạt động bằng cách sử dụng chiến lược nâng cao, và các cuộc tấn công nhất quán do nới lỏng định nghĩa xác thực lãnh đạo. Mặc dù 2-chain VABA đã giới thiệu một số cơ chế mới, như nhiều phiên bản song song chạy đồng thời, nhưng vẫn chưa giải quyết triệt để các vấn đề này.
Thiết kế giao thức mới: 2PAC (Nhận thức chung bất đồng bộ 2 giai đoạn)
Dựa trên phân tích các giao thức hiện có, các nhà nghiên cứu đã đưa ra giao thức 2PAC. Giao thức này cải thiện đáng kể hiệu suất thông qua việc đơn giản hóa và tối ưu hóa quá trình nhận thức chung. Cụ thể bao gồm hai biến thể:
2PAClean：
Đã đạt được +90% thông lượng và độ trễ kỳ vọng 9.5δ, độ phức tạp thông điệp là O(n²).
Bằng cách loại bỏ các tương tác và chi phí tính toán không cần thiết, hiệu quả của giao thức đã được cải thiện.
2PACBIG：
Là giao thức nhận thức chung nhanh nhất với độ phức tạp thông điệp hiện tại là O(n³).
Thời gian chạy MVBA một lần không có lỗi là 4δ, giảm thiểu độ trễ rất nhiều.
Siêu nhanh dòng chảy Khối
Các nhà nghiên cứu đã đề xuất một thiết kế khối ống mới, giảm đáng kể độ trễ của khối ống. Bằng cách giới thiệu cơ chế đường đi nhanh, dưới bộ lập lịch công bằng, thời gian quyết định của khối ống thậm chí còn nhỏ hơn cả khối không ống. Cơ chế này đảm bảo độ trễ của đường đi nhanh trong tất cả các thực thi và không bị ảnh hưởng bởi hành vi của các tiến trình gặp lỗi.
Kết quả định lượng
Thông qua phân tích lý thuyết và thử nghiệm thực tế, độ trễ kỳ vọng trong trường hợp xấu nhất của 2PAClean là 9.5δ, trong khi trong trường hợp tốt (không có lỗi và bộ lập lịch bán công bằng) là 6δ. So với đó, độ trễ kỳ vọng của sMVBA là 10δ, trong trường hợp tốt là 6δ. Do đó, 2PAClean đã giảm độ trễ trong trường hợp xấu nhất xuống 0.5δ trong khi vẫn giữ nguyên độ trễ trong trường hợp tốt. Hơn nữa, thông lượng của 2PAClean so với sMVBA theo chuỗi tăng từ 80% đến 100%, chủ yếu nhờ vào việc thiết kế mới đã tránh được việc loại bỏ khối không cần thiết và chi phí tính toán.
2PACBIG là một giao thức có độ phức tạp thông điệp là O(n³), thời gian chạy MVBA một lần của nó là 4δ, nhanh hơn tất cả các giao thức hiện có. Ngoài ra, thiết kế khối đường ống siêu nhanh giúp s2PAClean và s2PACBIG đạt được thời gian quyết định khối đường ống lần lượt là 4δ và 3δ, nâng cao hơn nữa hiệu suất của giao thức.
Đánh giá tính toán
Để xác thực hiệu suất của giao thức mới, các nhà nghiên cứu đã thực hiện các đánh giá tính toán rộng rãi. Kết quả cho thấy, 2PAClean và 2PACBIG đều thể hiện hiệu suất xuất sắc trong các điều kiện mạng khác nhau, đặc biệt là trong môi trường có độ trễ cao và tỷ lệ lỗi cao. Cụ thể, 2PAClean đạt được sự cân bằng tốt giữa độ trễ trong việc truyền tin nhắn và độ phức tạp tính toán, trong khi 2PACBIG thông qua việc song song hóa và tối ưu hóa quy trình bỏ phiếu, đạt được độ trễ thấp hơn.
Với sự phát triển không ngừng của công nghệ Blockchain, giao thức nhận thức chung BFT bất đồng bộ sẽ ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh và nâng cao hiệu suất. Thiết kế 2PAC và khối ống siêu nhanh đã thể hiện hướng phát triển của các giao thức nhận thức chung Blockchain trong tương lai, tức là thông qua việc đơn giản hóa cấu trúc giao thức và tối ưu hóa quá trình nhận thức chung, đạt được thông lượng cao hơn và độ trễ thấp hơn.
Hướng nghiên cứu trong tương lai
Nghiên cứu trong tương lai có thể khám phá thêm một số hướng sau:
Giao thức tối ưu: Tiếp tục đơn giản hóa và tối ưu cấu trúc giao thức, giảm thiểu việc truyền tải thông điệp và chi phí tính toán không cần thiết.
Phân tích an toàn: Phân tích sâu về tính an toàn của giao thức mới trong các kịch bản tấn công khác nhau, đảm bảo tính đáng tin cậy của nó trong các ứng dụng thực tế.
Ứng dụng thực tế: Áp dụng giao thức mới vào hệ thống blockchain thực tế, kiểm tra hiệu suất của nó trong môi trường mạng thực.
Báo cáo này phân tích chi tiết những ưu điểm và nhược điểm của các giao thức nhận thức chung blockchain bất đồng bộ hiện tại, đồng thời đề xuất hai thiết kế giao thức mới, đó là 2PAC và chuỗi khối siêu nhanh. Thiết kế mới cho thấy lợi thế rõ rệt trong việc tăng cường thông lượng và giảm độ trễ, cung cấp tham khảo quan trọng cho sự phát triển công nghệ blockchain trong tương lai. Những giao thức mới này không chỉ chứng minh tính ưu việt của chúng về mặt lý thuyết mà còn thể hiện hiệu suất xuất sắc trong các thử nghiệm thực tế, cung cấp những ý tưởng mới cho việc đạt được các giao thức nhận thức chung blockchain hiệu quả và an toàn.
Thông qua việc nghiên cứu và tối ưu hóa liên tục, công nghệ Blockchain sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong nền kinh tế số trong tương lai, trong khi giao thức nhận thức chung thế hệ mới sẽ cung cấp nền tảng vững chắc cho sự phát triển của công nghệ này.
Xem bản gốc
Trang này có thể chứa nội dung của bên thứ ba, được cung cấp chỉ nhằm mục đích thông tin (không phải là tuyên bố/bảo đảm) và không được coi là sự chứng thực cho quan điểm của Gate hoặc là lời khuyên về tài chính hoặc chuyên môn. Xem Tuyên bố từ chối trách nhiệm để biết chi tiết.
17 thích
Phần thưởng
17
8
Chia sẻ
Bình luận
0/400
GateUser-2fce706c
· 07-15 11:33
Đã nói đây là cơ hội lớn nhất năm 2023, nhập một vị thế chờ gì nữa?
Bước đột phá mới trong nhận thức chung BFT bất đồng bộ: Giao thức 2PAC đạt được thông lượng cao hơn và trễ thấp hơn
Những tiến triển và ứng dụng mới nhất của giao thức nhận thức chung Blockchain
Công nghệ Blockchain, như một loại công nghệ sổ cái phân tán phi tập trung, đảm bảo tính toàn vẹn và nhất quán của dữ liệu thông qua cơ chế nhận thức chung. Cơ chế nhận thức chung là cốt lõi của hệ thống Blockchain, hiệu suất của nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng mở rộng và tính an toàn của Blockchain. Cơ chế nhận thức chung bất đồng bộ Byzantine Fault Tolerance (BFT) có những lợi thế độc đáo trong việc đối phó với độ trễ mạng và sự cố của các nút, do đó trở thành trọng tâm nghiên cứu.
Báo cáo này khám phá tình trạng phát triển của giao thức nhận thức chung Blockchain, tập trung phân tích những tiến bộ mới nhất của giao thức sao chép trạng thái lỗi Byzantine không đồng bộ (BFT SMR). Giao thức không đồng bộ nhanh nhất hiện nay là 2-chain VABA, nhưng do tồn tại lỗ hổng, thời gian trễ dự kiến 9.5δ của nó không thể đạt được. Do đó, sMVBA trở thành giao thức MVBA không đồng bộ nhanh nhất hiện tại, với thời gian trễ dự kiến là 10δ. Báo cáo cũng đề xuất hai thiết kế giao thức mới, đó là 2PAC (nhận thức không đồng bộ 2 giai đoạn) và khối siêu nhanh, thể hiện sự cải tiến đáng kể về thông lượng và độ trễ.
Mô hình và định nghĩa
Trong mô hình BFT bất đồng bộ, hệ thống được cấu thành từ n = 3f + 1 tiến trình, trong đó f tiến trình có thể bị đối thủ phá hoại một cách ác ý. Các tiến trình này giao tiếp với nhau qua các kênh bất đồng bộ, độ trễ của việc truyền đạt tin nhắn do đối thủ kiểm soát. Mỗi tiến trình có một cặp khóa công khai và riêng tư để ký và xác thực, đảm bảo tính xác thực và toàn vẹn của tin nhắn.
Blockchain Nhận thức chung
Giao thức nhận thức chung Blockchain nhằm mục đích giúp tất cả các nút trung thực đạt được sự đồng thuận về trạng thái của Blockchain. Cụ thể, mỗi nút liên tục nhận các giao dịch mới và đóng gói chúng thành các khối, thông qua giao thức nhận thức chung đảm bảo rằng các khối này đạt được sự đồng thuận trên tất cả các nút trung thực. Giao thức nhận thức chung Blockchain cần phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:
Thách thức của giao thức nhận thức chung bất đồng bộ hiện tại
Hiện tại, giao thức nhận thức chung bất đồng bộ nhanh nhất là 2-chain VABA, với độ trễ kỳ vọng là 9.5δ. Tuy nhiên, giao thức này tồn tại nhiều cách tấn công khác nhau, làm hỏng tính nhất quán và khả năng hoạt động của nó. Ví dụ, các cuộc tấn công do thiếu xác thực kiểm tra, các cuộc tấn công cản trở khả năng hoạt động bằng cách sử dụng chiến lược nâng cao, và các cuộc tấn công nhất quán do nới lỏng định nghĩa xác thực lãnh đạo. Mặc dù 2-chain VABA đã giới thiệu một số cơ chế mới, như nhiều phiên bản song song chạy đồng thời, nhưng vẫn chưa giải quyết triệt để các vấn đề này.
Thiết kế giao thức mới: 2PAC (Nhận thức chung bất đồng bộ 2 giai đoạn)
Dựa trên phân tích các giao thức hiện có, các nhà nghiên cứu đã đưa ra giao thức 2PAC. Giao thức này cải thiện đáng kể hiệu suất thông qua việc đơn giản hóa và tối ưu hóa quá trình nhận thức chung. Cụ thể bao gồm hai biến thể:
2PAClean：
2PACBIG：
Siêu nhanh dòng chảy Khối
Các nhà nghiên cứu đã đề xuất một thiết kế khối ống mới, giảm đáng kể độ trễ của khối ống. Bằng cách giới thiệu cơ chế đường đi nhanh, dưới bộ lập lịch công bằng, thời gian quyết định của khối ống thậm chí còn nhỏ hơn cả khối không ống. Cơ chế này đảm bảo độ trễ của đường đi nhanh trong tất cả các thực thi và không bị ảnh hưởng bởi hành vi của các tiến trình gặp lỗi.
Kết quả định lượng
Thông qua phân tích lý thuyết và thử nghiệm thực tế, độ trễ kỳ vọng trong trường hợp xấu nhất của 2PAClean là 9.5δ, trong khi trong trường hợp tốt (không có lỗi và bộ lập lịch bán công bằng) là 6δ. So với đó, độ trễ kỳ vọng của sMVBA là 10δ, trong trường hợp tốt là 6δ. Do đó, 2PAClean đã giảm độ trễ trong trường hợp xấu nhất xuống 0.5δ trong khi vẫn giữ nguyên độ trễ trong trường hợp tốt. Hơn nữa, thông lượng của 2PAClean so với sMVBA theo chuỗi tăng từ 80% đến 100%, chủ yếu nhờ vào việc thiết kế mới đã tránh được việc loại bỏ khối không cần thiết và chi phí tính toán.
2PACBIG là một giao thức có độ phức tạp thông điệp là O(n³), thời gian chạy MVBA một lần của nó là 4δ, nhanh hơn tất cả các giao thức hiện có. Ngoài ra, thiết kế khối đường ống siêu nhanh giúp s2PAClean và s2PACBIG đạt được thời gian quyết định khối đường ống lần lượt là 4δ và 3δ, nâng cao hơn nữa hiệu suất của giao thức.
Đánh giá tính toán
Để xác thực hiệu suất của giao thức mới, các nhà nghiên cứu đã thực hiện các đánh giá tính toán rộng rãi. Kết quả cho thấy, 2PAClean và 2PACBIG đều thể hiện hiệu suất xuất sắc trong các điều kiện mạng khác nhau, đặc biệt là trong môi trường có độ trễ cao và tỷ lệ lỗi cao. Cụ thể, 2PAClean đạt được sự cân bằng tốt giữa độ trễ trong việc truyền tin nhắn và độ phức tạp tính toán, trong khi 2PACBIG thông qua việc song song hóa và tối ưu hóa quy trình bỏ phiếu, đạt được độ trễ thấp hơn.
Với sự phát triển không ngừng của công nghệ Blockchain, giao thức nhận thức chung BFT bất đồng bộ sẽ ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh và nâng cao hiệu suất. Thiết kế 2PAC và khối ống siêu nhanh đã thể hiện hướng phát triển của các giao thức nhận thức chung Blockchain trong tương lai, tức là thông qua việc đơn giản hóa cấu trúc giao thức và tối ưu hóa quá trình nhận thức chung, đạt được thông lượng cao hơn và độ trễ thấp hơn.
Hướng nghiên cứu trong tương lai
Nghiên cứu trong tương lai có thể khám phá thêm một số hướng sau:
Báo cáo này phân tích chi tiết những ưu điểm và nhược điểm của các giao thức nhận thức chung blockchain bất đồng bộ hiện tại, đồng thời đề xuất hai thiết kế giao thức mới, đó là 2PAC và chuỗi khối siêu nhanh. Thiết kế mới cho thấy lợi thế rõ rệt trong việc tăng cường thông lượng và giảm độ trễ, cung cấp tham khảo quan trọng cho sự phát triển công nghệ blockchain trong tương lai. Những giao thức mới này không chỉ chứng minh tính ưu việt của chúng về mặt lý thuyết mà còn thể hiện hiệu suất xuất sắc trong các thử nghiệm thực tế, cung cấp những ý tưởng mới cho việc đạt được các giao thức nhận thức chung blockchain hiệu quả và an toàn.
Thông qua việc nghiên cứu và tối ưu hóa liên tục, công nghệ Blockchain sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong nền kinh tế số trong tương lai, trong khi giao thức nhận thức chung thế hệ mới sẽ cung cấp nền tảng vững chắc cho sự phát triển của công nghệ này.