Kemajuan dan Aplikasi Terbaru Protokol Konsensus Blockchain
Laporan ini membahas perkembangan terkini dari protokol konsensus blockchain, dengan fokus pada analisis kemajuan terbaru dari protokol replikasi mesin status toleran kesalahan Bizantium asinkron (BFT SMR). Protokol asinkron tercepat saat ini adalah sMVBA, dengan estimasi latensi sebesar 10δ. Laporan ini juga mengusulkan dua desain protokol baru, yaitu 2PAC (konsensus asinkron dua fase) dan blok pipeline super cepat, yang menunjukkan peningkatan signifikan dalam throughput dan latensi.
Teknologi Blockchain sebagai teknologi buku besar terdistribusi yang terdesentralisasi, memastikan integritas dan konsistensi data melalui mekanisme konsensus. Mekanisme konsensus adalah inti dari sistem blockchain, kinerjanya secara langsung mempengaruhi skalabilitas dan keamanan blockchain. Mekanisme konsensus Byzantine Fault Tolerance (BFT) memiliki keunggulan unik dalam menghadapi keterlambatan jaringan dan kegagalan sebagian node, sehingga menjadi fokus penelitian.
Model dan Definisi
Dalam model BFT asinkron, sistem terdiri dari n = 3f + 1 proses, di mana f proses mungkin dirusak secara jahat. Proses-proses ini saling berkomunikasi melalui saluran asinkron, dengan penundaan pengiriman pesan yang dikendalikan oleh lawan. Setiap proses memiliki sepasang kunci publik dan privat untuk tanda tangan dan verifikasi, memastikan keaslian dan integritas pesan.
Blockchain Konsensus
Protokol konsensus Blockchain bertujuan untuk membuat semua node yang jujur mencapai kesepakatan tentang status Blockchain. Setiap node terus menerima transaksi baru dan mengemasnya menjadi blok, memastikan bahwa blok-blok ini mencapai kesepakatan di semua node yang jujur melalui protokol konsensus. Protokol konsensus Blockchain perlu memenuhi persyaratan dasar seperti aktivitas, konsistensi, dan kualitas P.
Tantangan protokol konsensus asinkron saat ini
Protokol konsensus asinkron saat ini memiliki berbagai cara serangan yang dapat merusak konsistensi dan aktivitasnya. Misalnya, serangan yang disebabkan oleh kurangnya pemeriksaan autentikasi, serangan yang menghalangi aktivitas menggunakan strategi peningkatan, serta serangan konsistensi yang disebabkan oleh pelonggaran definisi autentikasi pemimpin. Meskipun beberapa mekanisme baru telah diperkenalkan, seperti beberapa instance paralel yang berjalan secara paralel, masalah-masalah ini masih belum sepenuhnya teratasi.
Desain Protokol Baru: 2PAC (Konsensus Asynchronous Tahap 2)
Berdasarkan analisis terhadap protokol yang ada, peneliti mengusulkan protokol 2PAC. Protokol ini secara signifikan meningkatkan kinerja dengan menyederhanakan dan mengoptimalkan proses konsensus. Secara spesifik, termasuk dua varian:
2PAClean：
Mencapai +90% throughput dan 9.5δ latensi yang diharapkan, kompleksitas pesan adalah O(n²).
Meningkatkan efisiensi protokol dengan menghilangkan interaksi dan pengeluaran komputasi yang tidak perlu.
2PACBIG：
Merupakan protokol konsensus blockchain tercepat dengan kompleksitas pesan saat ini O(n³).
Waktu operasi MVBA tunggal tanpa kesalahan adalah 4δ, yang secara signifikan mengurangi latensi.
Jalur Blok Super Cepat
Peneliti telah mengusulkan desain blok aliran baru yang secara signifikan mengurangi latensi blok aliran. Dengan memperkenalkan mekanisme jalur cepat, waktu keputusan blok aliran bahkan lebih kecil dibandingkan blok non-aliran di bawah penjadwal yang adil. Mekanisme ini menjamin latensi jalur cepat di semua eksekusi dan tidak terpengaruh oleh perilaku proses yang gagal.
Hasil Kuantitatif
Melalui analisis teoretis dan pengujian praktis, perkiraan latensi terburuk 2PAClean adalah 9.5δ, sedangkan dalam kondisi baik (tanpa kegagalan dan penjadwalan setengah adil) adalah 6δ. Sebagai perbandingan, perkiraan latensi sMVBA adalah 10δ, dan dalam kondisi baik adalah 6δ. 2PAClean mengurangi latensi terburuk sebesar 0.5δ sambil mempertahankan latensi dalam kondisi baik yang sama. Selain itu, throughput 2PAClean meningkat 80% hingga 100% dibandingkan sMVBA berbasis blok.
2PACBIG sebagai protokol dengan kompleksitas pesan O(n³), waktu operasi MVBA-nya adalah 4δ, lebih cepat daripada semua protokol yang ada. Desain blok aliran super cepat memungkinkan s2PAClean dan s2PACBIG untuk masing-masing mencapai waktu keputusan blok aliran 4δ dan 3δ, lebih lanjut meningkatkan kinerja protokol.
Evaluasi Perhitungan
Untuk memverifikasi kinerja protokol baru, peneliti melakukan evaluasi komputasi yang luas. Hasil menunjukkan bahwa 2PAClean dan 2PACBIG menunjukkan kinerja yang luar biasa di berbagai kondisi jaringan, terutama dalam lingkungan dengan latensi tinggi dan tingkat kegagalan yang tinggi. 2PAClean mencapai keseimbangan yang baik antara latensi pengiriman pesan dan kompleksitas komputasi, sementara 2PACBIG mencapai latensi yang lebih rendah melalui paralelisasi dan pengoptimalan proses pemungutan suara.
Arah Penelitian Masa Depan
Protokol optimisasi: lebih menyederhanakan dan mengoptimalkan struktur protokol, mengurangi pengiriman pesan dan beban perhitungan yang tidak perlu.
Analisis Keamanan: Menganalisis secara mendalam keamanan protokol baru dalam berbagai skenario serangan, memastikan keandalannya dalam aplikasi nyata.
Aplikasi nyata: Menerapkan protokol baru ke dalam sistem Blockchain yang nyata, untuk memverifikasi kinerjanya di lingkungan jaringan yang sebenarnya.
Seiring dengan perkembangan teknologi Blockchain yang terus menerus, protokol konsensus BFT asinkron akan semakin berperan penting dalam menjaga keamanan dan meningkatkan kinerja. Desain 2PAC dan Blok jalur cepat super menunjukkan arah pengembangan protokol konsensus Blockchain di masa depan, yaitu dengan menyederhanakan struktur protokol dan mengoptimalkan proses konsensus untuk mencapai throughput yang lebih tinggi dan latensi yang lebih rendah.
Protokol baru ini tidak hanya membuktikan keunggulannya secara teoritis, tetapi juga menunjukkan kinerja yang luar biasa dalam pengujian praktis, memberikan ide baru untuk mewujudkan protokol konsensus Blockchain yang efisien dan aman. Melalui penelitian dan optimasi yang terus menerus, teknologi Blockchain akan memainkan peran yang semakin penting dalam ekonomi digital di masa depan, sementara generasi baru protokol konsensus akan memberikan dasar yang kokoh untuk pengembangan teknologi ini.
Lihat Asli
Halaman ini mungkin berisi konten pihak ketiga, yang disediakan untuk tujuan informasi saja (bukan pernyataan/jaminan) dan tidak boleh dianggap sebagai dukungan terhadap pandangannya oleh Gate, atau sebagai nasihat keuangan atau profesional. Lihat Penafian untuk detailnya.
Protokol 2PAC memimpin terobosan baru dalam konsensus BFT asinkron: kecepatan lebih cepat, throughput lebih tinggi
Kemajuan dan Aplikasi Terbaru Protokol Konsensus Blockchain
Laporan ini membahas perkembangan terkini dari protokol konsensus blockchain, dengan fokus pada analisis kemajuan terbaru dari protokol replikasi mesin status toleran kesalahan Bizantium asinkron (BFT SMR). Protokol asinkron tercepat saat ini adalah sMVBA, dengan estimasi latensi sebesar 10δ. Laporan ini juga mengusulkan dua desain protokol baru, yaitu 2PAC (konsensus asinkron dua fase) dan blok pipeline super cepat, yang menunjukkan peningkatan signifikan dalam throughput dan latensi.
Teknologi Blockchain sebagai teknologi buku besar terdistribusi yang terdesentralisasi, memastikan integritas dan konsistensi data melalui mekanisme konsensus. Mekanisme konsensus adalah inti dari sistem blockchain, kinerjanya secara langsung mempengaruhi skalabilitas dan keamanan blockchain. Mekanisme konsensus Byzantine Fault Tolerance (BFT) memiliki keunggulan unik dalam menghadapi keterlambatan jaringan dan kegagalan sebagian node, sehingga menjadi fokus penelitian.
Model dan Definisi
Dalam model BFT asinkron, sistem terdiri dari n = 3f + 1 proses, di mana f proses mungkin dirusak secara jahat. Proses-proses ini saling berkomunikasi melalui saluran asinkron, dengan penundaan pengiriman pesan yang dikendalikan oleh lawan. Setiap proses memiliki sepasang kunci publik dan privat untuk tanda tangan dan verifikasi, memastikan keaslian dan integritas pesan.
Blockchain Konsensus
Protokol konsensus Blockchain bertujuan untuk membuat semua node yang jujur mencapai kesepakatan tentang status Blockchain. Setiap node terus menerima transaksi baru dan mengemasnya menjadi blok, memastikan bahwa blok-blok ini mencapai kesepakatan di semua node yang jujur melalui protokol konsensus. Protokol konsensus Blockchain perlu memenuhi persyaratan dasar seperti aktivitas, konsistensi, dan kualitas P.
Tantangan protokol konsensus asinkron saat ini
Protokol konsensus asinkron saat ini memiliki berbagai cara serangan yang dapat merusak konsistensi dan aktivitasnya. Misalnya, serangan yang disebabkan oleh kurangnya pemeriksaan autentikasi, serangan yang menghalangi aktivitas menggunakan strategi peningkatan, serta serangan konsistensi yang disebabkan oleh pelonggaran definisi autentikasi pemimpin. Meskipun beberapa mekanisme baru telah diperkenalkan, seperti beberapa instance paralel yang berjalan secara paralel, masalah-masalah ini masih belum sepenuhnya teratasi.
Desain Protokol Baru: 2PAC (Konsensus Asynchronous Tahap 2)
Berdasarkan analisis terhadap protokol yang ada, peneliti mengusulkan protokol 2PAC. Protokol ini secara signifikan meningkatkan kinerja dengan menyederhanakan dan mengoptimalkan proses konsensus. Secara spesifik, termasuk dua varian:
2PAClean：
2PACBIG：
Jalur Blok Super Cepat
Peneliti telah mengusulkan desain blok aliran baru yang secara signifikan mengurangi latensi blok aliran. Dengan memperkenalkan mekanisme jalur cepat, waktu keputusan blok aliran bahkan lebih kecil dibandingkan blok non-aliran di bawah penjadwal yang adil. Mekanisme ini menjamin latensi jalur cepat di semua eksekusi dan tidak terpengaruh oleh perilaku proses yang gagal.
Hasil Kuantitatif
Melalui analisis teoretis dan pengujian praktis, perkiraan latensi terburuk 2PAClean adalah 9.5δ, sedangkan dalam kondisi baik (tanpa kegagalan dan penjadwalan setengah adil) adalah 6δ. Sebagai perbandingan, perkiraan latensi sMVBA adalah 10δ, dan dalam kondisi baik adalah 6δ. 2PAClean mengurangi latensi terburuk sebesar 0.5δ sambil mempertahankan latensi dalam kondisi baik yang sama. Selain itu, throughput 2PAClean meningkat 80% hingga 100% dibandingkan sMVBA berbasis blok.
2PACBIG sebagai protokol dengan kompleksitas pesan O(n³), waktu operasi MVBA-nya adalah 4δ, lebih cepat daripada semua protokol yang ada. Desain blok aliran super cepat memungkinkan s2PAClean dan s2PACBIG untuk masing-masing mencapai waktu keputusan blok aliran 4δ dan 3δ, lebih lanjut meningkatkan kinerja protokol.
Evaluasi Perhitungan
Untuk memverifikasi kinerja protokol baru, peneliti melakukan evaluasi komputasi yang luas. Hasil menunjukkan bahwa 2PAClean dan 2PACBIG menunjukkan kinerja yang luar biasa di berbagai kondisi jaringan, terutama dalam lingkungan dengan latensi tinggi dan tingkat kegagalan yang tinggi. 2PAClean mencapai keseimbangan yang baik antara latensi pengiriman pesan dan kompleksitas komputasi, sementara 2PACBIG mencapai latensi yang lebih rendah melalui paralelisasi dan pengoptimalan proses pemungutan suara.
Arah Penelitian Masa Depan
Seiring dengan perkembangan teknologi Blockchain yang terus menerus, protokol konsensus BFT asinkron akan semakin berperan penting dalam menjaga keamanan dan meningkatkan kinerja. Desain 2PAC dan Blok jalur cepat super menunjukkan arah pengembangan protokol konsensus Blockchain di masa depan, yaitu dengan menyederhanakan struktur protokol dan mengoptimalkan proses konsensus untuk mencapai throughput yang lebih tinggi dan latensi yang lebih rendah.
Protokol baru ini tidak hanya membuktikan keunggulannya secara teoritis, tetapi juga menunjukkan kinerja yang luar biasa dalam pengujian praktis, memberikan ide baru untuk mewujudkan protokol konsensus Blockchain yang efisien dan aman. Melalui penelitian dan optimasi yang terus menerus, teknologi Blockchain akan memainkan peran yang semakin penting dalam ekonomi digital di masa depan, sementara generasi baru protokol konsensus akan memberikan dasar yang kokoh untuk pengembangan teknologi ini.