Останні досягнення та застосування протоколу консенсусу Блокчейн
Цей звіт досліджує сучасний стан розвитку протоколів консенсусу Блокчейн, зосереджуючи увагу на останніх досягненнях протоколу асинхронного байєзантинського толерантного до відмов (BFT SMR). Наразі найшвидшим асинхронним протоколом є sMVBA з очікуваною затримкою 10δ. У звіті також представлені два нові проекти протоколів, а саме 2PAC (двоступеневий асинхронний консенсус) та надшвидкий конвеєрний Блок, які продемонстрували значні покращення в пропускній здатності та затримці.
Блокчейн технологія як децентралізована розподілена технологія обліку, забезпечує цілісність та узгодженість даних за допомогою механізму консенсусу. Механізм консенсусу є основою Блокчейн системи, його продуктивність безпосередньо впливає на масштабованість та безпеку Блокчейн. Асинхронний байєрський механізм помилок (BFT) має унікальні переваги у боротьбі з затримками в мережі та частковими відмовами вузлів, тому став предметом досліджень.
Моделі та визначення
У моделі асинхронного BFT система складається з n = 3f + 1 процесів, де f процесів можуть бути зловмисно знищені. Ці процеси спілкуються між собою через асинхронні канали, затримка передачі повідомлень контролюється супротивником. Кожен процес має пару відкритих і приватних ключів для підпису та перевірки, що забезпечує автентичність і цілісність повідомлень.
Блокчейн Консенсус
Блокчейн Консенсус протокол має на меті забезпечити досягнення єдності щодо стану Блоку у всіх чесних вузлах. Кожен вузол постійно отримує нові транзакції та упаковує їх у блоки, забезпечуючи через Консенсус протокол досягнення єдності цих блоків у всіх чесних вузлах. Блокчейн Консенсус протокол повинен відповідати основним вимогам активності, узгодженості та якості P.
Поточні виклики асинхронного консенсусу протоколу
Поточний асинхронний протокол консенсусу має різні способи атак, які можуть порушити його узгодженість і активність. Наприклад, атаки, що виникають через відсутність перевірки автентифікації, атаки, що використовують стратегії підвищення для перешкоджання активності, а також атаки на узгодженість, пов'язані з послабленням визначення автентифікації лідера. Хоча були введені деякі нові механізми, такі як паралельне виконання кількох паралельних екземплярів, ці проблеми все ще не були повністю вирішені.
Новий протокол: 2PAC (2-етапний асинхронний консенсус)
На основі аналізу існуючих протоколів дослідники запропонували протокол 2PAC. Цей протокол значно підвищує продуктивність шляхом спрощення та оптимізації процесу консенсусу. Конкретно, він включає два різновиди:
2PAClean:
Реалізовано +90% пропускної здатності та очікувана затримка 9.5δ, складність повідомлення O(n²).
Підвищено ефективність протоколу шляхом усунення непотрібних взаємодій та обчислювальних витрат.
ПАКБІГ:
Це найшвидший протокол консенсусу Блокчейн з складністю повідомлення O(n³).
Безвідмовний час роботи одноразового MVBA становить 4δ, що значно знижує затримку.
Супер швидкий конвеєр Блок
Дослідники запропонували новий дизайн конвеєрного блоку, який значно зменшує затримку конвеєрного блоку. Завдяки впровадженню механізму швидкого шляху, час прийняття рішень для конвеєрного блоку навіть менший, ніж для не конвеєрного блоку, в умовах справедливого планувальника. Цей механізм гарантує затримку швидкого шляху в усіх виконаннях і не підлягає впливу поведінки процесів з відмовами.
Результати кількісного аналізу
Через теоретичний аналіз і практичні випробування, 2PAClean в найгіршому випадку має очікувану затримку 9.5δ, а в хорошому випадку (безвідмовно і з напівсправедливим планувальником) – 6δ. У порівнянні з цим, очікувана затримка sMVBA становить 10δ, а в хорошому випадку – 6δ. 2PAClean зменшив затримку в найгіршому випадку на 0.5δ, зберігаючи таку ж затримку в хорошому випадку. Крім того, продуктивність 2PAClean у порівнянні з ланцюговим sMVBA зросла на 80% до 100%.
2PACBIG як протокол з складністю повідомлення O(n³), має час виконання одноразового MVBA 4δ, що швидше за всі існуючі протоколи. Супер швидкий конвеєрний дизайн блоків дозволив s2PAClean та s2PACBIG досягти часу прийняття рішень у конвеєрних блоках 4δ та 3δ відповідно, що додатково покращило продуктивність протоколу.
Обчислювальна оцінка
Щоб перевірити продуктивність нового протоколу, дослідники провели широкі обчислювальні оцінки. Результати показали, що 2PAClean та 2PACBIG демонструють відмінну продуктивність за різних мережевих умов, особливо в середовищах з високою затримкою та високою частотою відмов. 2PAClean досягає гарного балансу між затримкою повідомлень та обчислювальною складністю, тоді як 2PACBIG досягає нижчої затримки за рахунок паралелізації та оптимізації процесу голосування.
Майбутні напрямки досліджень
Оптимізація протоколу: подальше спрощення та оптимізація структури протоколу, зменшення непотрібної передачі повідомлень та обчислювальних витрат.
Аналіз безпеки: глибокий аналіз нових протоколів в умовах різних атак, щоб забезпечити їх надійність у практичному застосуванні.
Фактичне застосування: застосування нового протоколу в реальних системах Блокчейн, перевірка його продуктивності в реальному мережевому середовищі.
З розвитком технології Блокчейн асинхронний консенсусний протокол BFT відіграватиме все більш важливу роль у забезпеченні безпеки та підвищенні продуктивності. Дизайн 2PAC та надшвидких конвеєрних блоків демонструє напрямок розвитку майбутніх консенсусних протоколів Блокчейн, а саме шляхом спрощення структури протоколу та оптимізації процесу консенсусу для досягнення вищої пропускної спроможності та нижчої затримки.
Ці нові протоколи не лише теоретично довели свою перевагу, а й продемонстрували видатну продуктивність у практичних тестах, надаючи нові ідеї для досягнення ефективних і безпечних Блокчейн Консенсус протоколів. Завдяки безперервним дослідженням і оптимізації, Блокчейн технологія відіграватиме ще 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.
2PAC протокол веде до нових突破ів в асинхронному BFT консенсусі: швидше швидкість, вища пропускна здатність
Останні досягнення та застосування протоколу консенсусу Блокчейн
Цей звіт досліджує сучасний стан розвитку протоколів консенсусу Блокчейн, зосереджуючи увагу на останніх досягненнях протоколу асинхронного байєзантинського толерантного до відмов (BFT SMR). Наразі найшвидшим асинхронним протоколом є sMVBA з очікуваною затримкою 10δ. У звіті також представлені два нові проекти протоколів, а саме 2PAC (двоступеневий асинхронний консенсус) та надшвидкий конвеєрний Блок, які продемонстрували значні покращення в пропускній здатності та затримці.
Блокчейн технологія як децентралізована розподілена технологія обліку, забезпечує цілісність та узгодженість даних за допомогою механізму консенсусу. Механізм консенсусу є основою Блокчейн системи, його продуктивність безпосередньо впливає на масштабованість та безпеку Блокчейн. Асинхронний байєрський механізм помилок (BFT) має унікальні переваги у боротьбі з затримками в мережі та частковими відмовами вузлів, тому став предметом досліджень.
Моделі та визначення
У моделі асинхронного BFT система складається з n = 3f + 1 процесів, де f процесів можуть бути зловмисно знищені. Ці процеси спілкуються між собою через асинхронні канали, затримка передачі повідомлень контролюється супротивником. Кожен процес має пару відкритих і приватних ключів для підпису та перевірки, що забезпечує автентичність і цілісність повідомлень.
Блокчейн Консенсус
Блокчейн Консенсус протокол має на меті забезпечити досягнення єдності щодо стану Блоку у всіх чесних вузлах. Кожен вузол постійно отримує нові транзакції та упаковує їх у блоки, забезпечуючи через Консенсус протокол досягнення єдності цих блоків у всіх чесних вузлах. Блокчейн Консенсус протокол повинен відповідати основним вимогам активності, узгодженості та якості P.
Поточні виклики асинхронного консенсусу протоколу
Поточний асинхронний протокол консенсусу має різні способи атак, які можуть порушити його узгодженість і активність. Наприклад, атаки, що виникають через відсутність перевірки автентифікації, атаки, що використовують стратегії підвищення для перешкоджання активності, а також атаки на узгодженість, пов'язані з послабленням визначення автентифікації лідера. Хоча були введені деякі нові механізми, такі як паралельне виконання кількох паралельних екземплярів, ці проблеми все ще не були повністю вирішені.
Новий протокол: 2PAC (2-етапний асинхронний консенсус)
На основі аналізу існуючих протоколів дослідники запропонували протокол 2PAC. Цей протокол значно підвищує продуктивність шляхом спрощення та оптимізації процесу консенсусу. Конкретно, він включає два різновиди:
2PAClean:
Супер швидкий конвеєр Блок
Дослідники запропонували новий дизайн конвеєрного блоку, який значно зменшує затримку конвеєрного блоку. Завдяки впровадженню механізму швидкого шляху, час прийняття рішень для конвеєрного блоку навіть менший, ніж для не конвеєрного блоку, в умовах справедливого планувальника. Цей механізм гарантує затримку швидкого шляху в усіх виконаннях і не підлягає впливу поведінки процесів з відмовами.
Результати кількісного аналізу
Через теоретичний аналіз і практичні випробування, 2PAClean в найгіршому випадку має очікувану затримку 9.5δ, а в хорошому випадку (безвідмовно і з напівсправедливим планувальником) – 6δ. У порівнянні з цим, очікувана затримка sMVBA становить 10δ, а в хорошому випадку – 6δ. 2PAClean зменшив затримку в найгіршому випадку на 0.5δ, зберігаючи таку ж затримку в хорошому випадку. Крім того, продуктивність 2PAClean у порівнянні з ланцюговим sMVBA зросла на 80% до 100%.
2PACBIG як протокол з складністю повідомлення O(n³), має час виконання одноразового MVBA 4δ, що швидше за всі існуючі протоколи. Супер швидкий конвеєрний дизайн блоків дозволив s2PAClean та s2PACBIG досягти часу прийняття рішень у конвеєрних блоках 4δ та 3δ відповідно, що додатково покращило продуктивність протоколу.
Обчислювальна оцінка
Щоб перевірити продуктивність нового протоколу, дослідники провели широкі обчислювальні оцінки. Результати показали, що 2PAClean та 2PACBIG демонструють відмінну продуктивність за різних мережевих умов, особливо в середовищах з високою затримкою та високою частотою відмов. 2PAClean досягає гарного балансу між затримкою повідомлень та обчислювальною складністю, тоді як 2PACBIG досягає нижчої затримки за рахунок паралелізації та оптимізації процесу голосування.
Майбутні напрямки досліджень
З розвитком технології Блокчейн асинхронний консенсусний протокол BFT відіграватиме все більш важливу роль у забезпеченні безпеки та підвищенні продуктивності. Дизайн 2PAC та надшвидких конвеєрних блоків демонструє напрямок розвитку майбутніх консенсусних протоколів Блокчейн, а саме шляхом спрощення структури протоколу та оптимізації процесу консенсусу для досягнення вищої пропускної спроможності та нижчої затримки.
Ці нові протоколи не лише теоретично довели свою перевагу, а й продемонстрували видатну продуктивність у практичних тестах, надаючи нові ідеї для досягнення ефективних і безпечних Блокчейн Консенсус протоколів. Завдяки безперервним дослідженням і оптимізації, Блокчейн технологія відіграватиме ще більш важливу роль у майбутній цифровій економіці, а нове покоління Консенсус протоколів забезпечить міцну основу для розвитку цієї технології.