أحدث التطورات والتطبيقات في بروتوكول الإجماع على البلوكتشين
تستكشف هذه التقرير حالة تطوير بروتوكولات الإجماع في البلوكتشين، مع التركيز على تحليل أحدث التطورات في بروتوكول النسخ المتكرر لحالات بازيانتين غير المتزامنة (BFT SMR). البروتوكول غير المتزامن الأسرع حالياً هو sMVBA، مع تأخير متوقع يبلغ 10δ. كما يقدم التقرير تصميمين جديدين للبروتوكول، وهما 2PAC (الإجماع غير المتزامن ذو المرحلتين) وكتل التدفق الفائق السريع، حيث يظهران تحسينات ملحوظة في السعة وتأخير.
تعتبر تقنية البلوكتشين كنوع من تقنيات دفاتر السجلات الموزعة اللامركزية، حيث تضمن آلية الإجماع سلامة البيانات وتماسكها. آلية الإجماع هي قلب نظام البلوكتشين، حيث تؤثر أداؤها بشكل مباشر على قابلية التوسع والأمان في البلوكتشين. تتمتع آلية الإجماع الخاصة بتحمل أخطاء بيزنطية غير متزامنة (BFT) بمزايا فريدة في مواجهة تأخيرات الشبكة وفشل بعض العقد، مما يجعلها محور البحث.
النماذج والتعاريف
في نموذج BFT غير المتزامن، يتكون النظام من n = 3f + 1 عملية، حيث يمكن أن تتعرض f عملية للفساد الخبيث. تتواصل هذه العمليات مع بعضها البعض عبر قنوات غير متزامنة، ويكون تأخير نقل الرسائل تحت سيطرة الخصم. تمتلك كل عملية زوجًا من المفاتيح العامة والخاصة للتوقيع والتحقق، لضمان صحة الرسائل وسلامتها.
الإجماع على البلوكتشين
يهدف بروتوكول إجماع البلوكتشين إلى تحقيق توافق بين جميع العقد الصادقة حول حالة البلوكتشين. تتلقى كل عقدة باستمرار معاملات جديدة وتقوم بتجميعها في كتل، ومن خلال بروتوكول الإجماع تضمن أن هذه الكتل تتوافق على جميع العقد الصادقة. يحتاج بروتوكول إجماع البلوكتشين إلى تلبية متطلبات أساسية مثل النشاط والاتساق وجودة P.
تحديات بروتوكول الإجماع غير المتزامن الحالي
توجد طرق هجوم متعددة في بروتوكول الإجماع غير المتزامن الحالي، والتي يمكن أن تضر بالتوافق والنشاط. على سبيل المثال، الهجمات التي تنجم عن نقص التحقق من المصادقة، والهجمات التي تستخدم استراتيجيات تعزيز لإعاقة النشاط، بالإضافة إلى هجمات التوافق الناجمة عن تخفيف تعريف المصادقة للقيادة. على الرغم من تقديم بعض الآليات الجديدة، مثل التشغيل المتوازي لعدة مثيلات متوازية، إلا أنه لم يتم حل هذه المشكلات بالكامل.
تصميم البروتوكول الجديد: 2PAC (الإجماع غير المتزامن على مرحلتين)
استنادًا إلى تحليل البروتوكولات الحالية، اقترح الباحثون بروتوكول 2PAC. يعمل هذا البروتوكول على تبسيط وتحسين عملية الإجماع، مما يزيد بشكل ملحوظ من الأداء. ويتضمن ذلك نوعين فرعيين:
2PAClean:
حقق +90% من القدرة الاستيعابية و9.5δ من التأخير المتوقع، وتعقيد الرسالة هو O(n²).
من خلال القضاء على التفاعلات والحسابات غير الضرورية، تم تحسين كفاءة البروتوكول.
2PACBIG:
هو بروتوكول إجماع بلوكتشين الأسرع حالياً مع تعقيد الرسالة O(n³).
وقت تشغيل MVBA لمرة واحدة بدون أعطال هو 4δ، مما يقلل بشكل كبير من التأخير.
خط إنتاج كتلة فائق السرعة
قدم الباحثون تصميمًا جديدًا لكتلة خط أنابيب، مما أدى إلى تقليل تأخير كتلة خط الأنابيب بشكل كبير. من خلال إدخال آلية المسار السريع، تحت جدولة عادلة، كان وقت اتخاذ القرار لكتلة خط الأنابيب أقل حتى من كتلة غير خط الأنابيب. تضمن هذه الآلية تأخير المسار السريع في جميع التنفيذات، ولا تتأثر بسلوك العمليات المعطلة.
نتائج الكمية
من خلال التحليل النظري والاختبارات العملية، فإن التأخير المتوقع لـ 2PAClean في أسوأ الحالات هو 9.5δ، بينما في الحالات الجيدة (بدون أعطال وموارد نصف عادلة) يكون 6δ. بالمقارنة، التأخير المتوقع لـ sMVBA هو 10δ، وفي الحالات الجيدة يكون 6δ. قامت 2PAClean بتقليل التأخير في أسوأ الحالات بمقدار 0.5δ مع الحفاظ على نفس التأخير في الحالات الجيدة. بالإضافة إلى ذلك، فإن إنتاجية 2PAClean زادت بنسبة 80% إلى 100% مقارنةً بـ sMVBA المتسلسل.
2PACBIG كبرتوكول ذو تعقيد الرسالة O(n³)، فإن وقت تشغيل MVBA الواحد هو 4δ، وهو أسرع من جميع البروتوكولات الحالية. تصميم كتلة التدفق السريع للغاية يجعل s2PAClean و s2PACBIG يحققان على التوالي أوقات قرار كتلة التدفق 4δ و 3δ، مما يعزز أداء البروتوكول بشكل أكبر.
تقييم الحساب
للتحقق من أداء البروتوكول الجديد، قام الباحثون بإجراء تقييمات حسابية واسعة النطاق. أظهرت النتائج أن 2PAClean و 2PACBIG قد أظهرا أداءً ممتازًا في ظروف الشبكة المختلفة، خاصة في البيئات ذات التأخير العالي ومعدلات الفشل العالية. لقد حقق 2PAClean توازنًا جيدًا بين تأخير الرسائل وتعقيد الحساب، بينما حقق 2PACBIG تأخيرًا أقل من خلال التوازي وتحسين عملية التصويت.
اتجاهات البحث المستقبلية
تحسين البروتوكول: تبسيط وتحسين هيكل البروتوكول، وتقليل تبادل الرسائل غير الضرورية ونفقات الحساب.
تحليل الأمان: تحليل عميق لأمان البروتوكول الجديد في سيناريوهات الهجوم المختلفة، لضمان موثوقيته في التطبيقات العملية.
التطبيق العملي: تطبيق البروتوكول الجديد على أنظمة البلوكتشين الفعلية، والتحقق من أدائه في بيئات الشبكة الحقيقية.
مع التطور المستمر لتقنية البلوكتشين، سيلعب بروتوكول الإجماع BFT غير المتزامن دورًا متزايد الأهمية في ضمان الأمان وزيادة الأداء. تُظهر تصميمات 2PAC وكتل الأنابيب الفائقة السرعة اتجاه تطوير بروتوكولات الإجماع في البلوكتشين في المستقبل، أي من خلال تبسيط هيكل البروتوكول وتحسين عملية الإجماع لتحقيق معدل نقل أعلى وزمن تأخير أقل.
هذه البروتوكولات الجديدة لم تثبت تفوقها نظريًا فحسب، بل أظهرت أيضًا أداءً ممتازًا في الاختبارات العملية، مما يوفر أفكارًا جديدة لتحقيق بروتوكول إجماع كتلة آمن وفعال. من خلال البحث المستمر والتحسين، ستلعب تقنية البلوكتشين دورًا أكثر أهمية في الاقتصاد الرقمي في المستقبل، بينما ستوفر بروتوكولات الإجماع من الجيل الجديد أساسًا قويًا لتطور هذه التقنية.
شاهد النسخة الأصلية
قد تحتوي هذه الصفحة على محتوى من جهات خارجية، يتم تقديمه لأغراض إعلامية فقط (وليس كإقرارات/ضمانات)، ولا ينبغي اعتباره موافقة على آرائه من قبل Gate، ولا بمثابة نصيحة مالية أو مهنية. انظر إلى إخلاء المسؤولية للحصول على التفاصيل.
بروتوكول 2PAC يقود اختراقاً جديداً في الإجماع BFT غير المتزامن: سرعة أكبر وإنتاجية أعلى
أحدث التطورات والتطبيقات في بروتوكول الإجماع على البلوكتشين
تستكشف هذه التقرير حالة تطوير بروتوكولات الإجماع في البلوكتشين، مع التركيز على تحليل أحدث التطورات في بروتوكول النسخ المتكرر لحالات بازيانتين غير المتزامنة (BFT SMR). البروتوكول غير المتزامن الأسرع حالياً هو sMVBA، مع تأخير متوقع يبلغ 10δ. كما يقدم التقرير تصميمين جديدين للبروتوكول، وهما 2PAC (الإجماع غير المتزامن ذو المرحلتين) وكتل التدفق الفائق السريع، حيث يظهران تحسينات ملحوظة في السعة وتأخير.
تعتبر تقنية البلوكتشين كنوع من تقنيات دفاتر السجلات الموزعة اللامركزية، حيث تضمن آلية الإجماع سلامة البيانات وتماسكها. آلية الإجماع هي قلب نظام البلوكتشين، حيث تؤثر أداؤها بشكل مباشر على قابلية التوسع والأمان في البلوكتشين. تتمتع آلية الإجماع الخاصة بتحمل أخطاء بيزنطية غير متزامنة (BFT) بمزايا فريدة في مواجهة تأخيرات الشبكة وفشل بعض العقد، مما يجعلها محور البحث.
النماذج والتعاريف
في نموذج BFT غير المتزامن، يتكون النظام من n = 3f + 1 عملية، حيث يمكن أن تتعرض f عملية للفساد الخبيث. تتواصل هذه العمليات مع بعضها البعض عبر قنوات غير متزامنة، ويكون تأخير نقل الرسائل تحت سيطرة الخصم. تمتلك كل عملية زوجًا من المفاتيح العامة والخاصة للتوقيع والتحقق، لضمان صحة الرسائل وسلامتها.
الإجماع على البلوكتشين
يهدف بروتوكول إجماع البلوكتشين إلى تحقيق توافق بين جميع العقد الصادقة حول حالة البلوكتشين. تتلقى كل عقدة باستمرار معاملات جديدة وتقوم بتجميعها في كتل، ومن خلال بروتوكول الإجماع تضمن أن هذه الكتل تتوافق على جميع العقد الصادقة. يحتاج بروتوكول إجماع البلوكتشين إلى تلبية متطلبات أساسية مثل النشاط والاتساق وجودة P.
تحديات بروتوكول الإجماع غير المتزامن الحالي
توجد طرق هجوم متعددة في بروتوكول الإجماع غير المتزامن الحالي، والتي يمكن أن تضر بالتوافق والنشاط. على سبيل المثال، الهجمات التي تنجم عن نقص التحقق من المصادقة، والهجمات التي تستخدم استراتيجيات تعزيز لإعاقة النشاط، بالإضافة إلى هجمات التوافق الناجمة عن تخفيف تعريف المصادقة للقيادة. على الرغم من تقديم بعض الآليات الجديدة، مثل التشغيل المتوازي لعدة مثيلات متوازية، إلا أنه لم يتم حل هذه المشكلات بالكامل.
تصميم البروتوكول الجديد: 2PAC (الإجماع غير المتزامن على مرحلتين)
استنادًا إلى تحليل البروتوكولات الحالية، اقترح الباحثون بروتوكول 2PAC. يعمل هذا البروتوكول على تبسيط وتحسين عملية الإجماع، مما يزيد بشكل ملحوظ من الأداء. ويتضمن ذلك نوعين فرعيين:
2PAClean:
2PACBIG:
خط إنتاج كتلة فائق السرعة
قدم الباحثون تصميمًا جديدًا لكتلة خط أنابيب، مما أدى إلى تقليل تأخير كتلة خط الأنابيب بشكل كبير. من خلال إدخال آلية المسار السريع، تحت جدولة عادلة، كان وقت اتخاذ القرار لكتلة خط الأنابيب أقل حتى من كتلة غير خط الأنابيب. تضمن هذه الآلية تأخير المسار السريع في جميع التنفيذات، ولا تتأثر بسلوك العمليات المعطلة.
نتائج الكمية
من خلال التحليل النظري والاختبارات العملية، فإن التأخير المتوقع لـ 2PAClean في أسوأ الحالات هو 9.5δ، بينما في الحالات الجيدة (بدون أعطال وموارد نصف عادلة) يكون 6δ. بالمقارنة، التأخير المتوقع لـ sMVBA هو 10δ، وفي الحالات الجيدة يكون 6δ. قامت 2PAClean بتقليل التأخير في أسوأ الحالات بمقدار 0.5δ مع الحفاظ على نفس التأخير في الحالات الجيدة. بالإضافة إلى ذلك، فإن إنتاجية 2PAClean زادت بنسبة 80% إلى 100% مقارنةً بـ sMVBA المتسلسل.
2PACBIG كبرتوكول ذو تعقيد الرسالة O(n³)، فإن وقت تشغيل MVBA الواحد هو 4δ، وهو أسرع من جميع البروتوكولات الحالية. تصميم كتلة التدفق السريع للغاية يجعل s2PAClean و s2PACBIG يحققان على التوالي أوقات قرار كتلة التدفق 4δ و 3δ، مما يعزز أداء البروتوكول بشكل أكبر.
تقييم الحساب
للتحقق من أداء البروتوكول الجديد، قام الباحثون بإجراء تقييمات حسابية واسعة النطاق. أظهرت النتائج أن 2PAClean و 2PACBIG قد أظهرا أداءً ممتازًا في ظروف الشبكة المختلفة، خاصة في البيئات ذات التأخير العالي ومعدلات الفشل العالية. لقد حقق 2PAClean توازنًا جيدًا بين تأخير الرسائل وتعقيد الحساب، بينما حقق 2PACBIG تأخيرًا أقل من خلال التوازي وتحسين عملية التصويت.
اتجاهات البحث المستقبلية
مع التطور المستمر لتقنية البلوكتشين، سيلعب بروتوكول الإجماع BFT غير المتزامن دورًا متزايد الأهمية في ضمان الأمان وزيادة الأداء. تُظهر تصميمات 2PAC وكتل الأنابيب الفائقة السرعة اتجاه تطوير بروتوكولات الإجماع في البلوكتشين في المستقبل، أي من خلال تبسيط هيكل البروتوكول وتحسين عملية الإجماع لتحقيق معدل نقل أعلى وزمن تأخير أقل.
هذه البروتوكولات الجديدة لم تثبت تفوقها نظريًا فحسب، بل أظهرت أيضًا أداءً ممتازًا في الاختبارات العملية، مما يوفر أفكارًا جديدة لتحقيق بروتوكول إجماع كتلة آمن وفعال. من خلال البحث المستمر والتحسين، ستلعب تقنية البلوكتشين دورًا أكثر أهمية في الاقتصاد الرقمي في المستقبل، بينما ستوفر بروتوكولات الإجماع من الجيل الجديد أساسًا قويًا لتطور هذه التقنية.