Последний отчет о исследованиях протокола соглашения Блокчейн
В этом отчете подробно рассматривается текущее состояние развития протоколов консенсуса Блокчейн, с акцентом на последние достижения протокола асинхронного византийского отказоустойчивого состояния машины (BFT SMR). В настоящее время sMVBA считается самым быстрым асинхронным MVBA-протоколом, ожидаемая задержка составляет 10δ. В отчете также представлены два новых проектирования протоколов: 2PAC (асинхронный консенсус на 2 этапах) и супербыстрая конвейерная блокировка, которые демонстрируют значительные улучшения в пропускной способности и задержке.
Технология Блокчейн, как децентрализованная распределенная бухгалтерская система, обеспечивает целостность и согласованность данных через механизм соглашения. Механизм соглашения является ядром системы Блокчейн, его производительность напрямую влияет на масштабируемость и безопасность Блокчейн. Асинхронный механизм согласования с ошибками византийского типа (BFT) обладает уникальными преимуществами в условиях сетевых задержек и частичных сбоев узлов, что делает его объектом активных исследований.
Модели и определения
В асинхронной модели BFT система состоит из n = 3f + 1 процессов, где f процессов могут быть злонамеренно разрушены противником. Эти процессы общаются друг с другом через асинхронные каналы, задержка передачи сообщений контролируется противником. Каждый процесс имеет пару открытых и закрытых ключей для подписи и проверки, что обеспечивает подлинность и целостность сообщений.
Блокчейн Соглашение
Протокол согласия Блокчейна предназначен для того, чтобы все честные узлы достигли согласия по состоянию Блокчейна. Конкретно, каждый узел постоянно получает новые транзакции и упаковывает их в блоки, обеспечивая согласие по этим блокам на всех честных узлах с помощью протокола согласия. Протокол согласия Блокчейна должен удовлетворять следующим основным требованиям:
Активность (Liveness): в бесконечном исполнении существует бесконечно длинная определенная Блокчейн.
Согласованность (Consistency): если существуют две решенные блокчейн, то одна из них должна быть префиксом другой.
P-качество (P-Quality): в уже принятом Блокчейне доля транзакций, введенных честными узлами, составляет не менее p.
Текущие вызовы асинхронного протокола соглашения
Текущий асинхронный протокол согласия сталкивается с множеством атак, которые могут подорвать согласованность и активность протокола. Например, атаки, вызванные отсутствием проверки аутентификации, атаки, которые используют стратегии повышения для препятствования активности, а также атаки на согласованность, вызванные ослаблением определения аутентификации лидера. Хотя некоторые протоколы ввели новые механизмы, такие как параллельная работа нескольких экземпляров, они все еще не смогли полностью решить эти проблемы.
Новый протокол проектирования: 2PAC (2-фазное асинхронное соглашение)
На основе анализа существующих протоколов исследователи предложили протокол 2PAC. Этот протокол значительно повышает производительность за счет упрощения и оптимизации процесса соглашения. В частности, он включает два варианта:
2PAClean:
Реализована пропускная способность более 90% и ожидаемая задержка 9.5δ, сложность сообщения составляет O(n²).
Повышена эффективность Протокола за счет устранения ненужных взаимодействий и вычислительных затрат.
2PACBIG:
Это самый быстрый протокол соглашения Блокчейн с текущей сложностью сообщения O(n³).
Безотказное время выполнения однократного MVBA составляет 4δ, что значительно снижает задержку.
Супербыстрая конвейерная Блок
Исследователи предложили новый дизайн конвейерного блока, который значительно сокращает задержку конвейерных блоков. Внедряя механизм быстрого пути, время принятия решений для конвейерных блоков даже меньше, чем для неконвейерных блоков при использовании справедливого планировщика. Этот механизм гарантирует задержку быстрого пути во всех выполнениях и не подвержен влиянию поведения сбойных процессов.
Результаты квантования
С помощью теоретического анализа и практического тестирования, ожидаемая задержка 2PAClean в худшем случае составляет 9.5δ, а в хорошем случае (без сбоев и полуправильное распределение) — 6δ. В сравнении, ожидаемая задержка sMVBA составляет 10δ, а в хорошем случае — 6δ. Таким образом, 2PAClean снизил задержку в худшем случае на 0.5δ при сохранении такой же задержки в хорошем случае. Кроме того, производительность 2PAClean по сравнению с цепочным sMVBA увеличилась на 80% до 100%, что в основном связано с тем, что в новом дизайне избегаются ненужные потери блоков и вычислительные накладные расходы.
2PACBIG как протокол с сложностью сообщения O(n³), имеет время выполнения MVBA за один раз 4δ, что быстрее, чем у всех существующих протоколов. Кроме того, сверхбыстрая конвейерная блокировка позволяет s2PAClean и s2PACBIG достичь времени принятия решений по конвейерным блокам 4δ и 3δ соответственно, что дополнительно повышает производительность протокола.
Расчет оценки
Чтобы проверить производительность нового Протокола, исследователи провели обширные вычислительные оценки. Результаты показали, что 2PAClean и 2PACBIG демонстрируют отличные показатели в различных сетевых условиях, особенно в средах с высокой задержкой и высокой частотой сбоев. В частности, 2PAClean достиг хорошего баланса между задержкой передачи сообщений и вычислительной сложностью, в то время как 2PACBIG реализовал более низкую задержку за счет параллелизации и оптимизации процесса голосования.
С развитием технологий Блокчейн, асинхронный протокол Соглашения BFT будет играть всё более важную роль в обеспечении безопасности и повышении производительности. Дизайн 2PAC и сверхбыстрой конвейерной Блоки демонстрирует направление развития будущих протоколов Соглашения Блокчейн, а именно, упрощая структуру протокола и оптимизируя процесс Соглашения для достижения более высокой пропускной способности и более низкой задержки.
Будущие направления исследований
Оптимизация протокола: дальнейшее упрощение и оптимизация структуры протокола, уменьшение ненужной передачи сообщений и вычислительных затрат.
Анализ безопасности: углубленный анализ безопасности нового протокола в различных сценах атак, чтобы обеспечить его надежность в практическом применении.
Практическое применение: применение нового протокола в реальных системах Блокчейн, проверка его производительности в реальной сетевой среде.
Данный отчет подробно анализирует преимущества и недостатки текущих асинхронных протоколов согласования Блокчейн и предлагает два новых проектных протокола: 2PAC и сверхбыстрая поточная Блок. Новые разработки демонстрируют значительные преимущества в повышении пропускной способности и снижении задержки, предоставляя важную ссылку для будущего развития технологий Блокчейн. Эти новые протоколы не только теоретически доказали свое превосходство, но и продемонстрировали выдающиеся характеристики в практических испытаниях, предлагая новые идеи для достижения эффективных и безопасных протоколов согласования Блокчейн.
Путем постоянных исследований и оптимизации, Блокчейн технологии будут играть все более важную роль в будущем цифровой экономики, а новое поколение Соглашений Протоколов предоставит прочную основу для развития этой технологии.
Посмотреть Оригинал
На этой странице может содержаться сторонний контент, который предоставляется исключительно в информационных целях (не в качестве заявлений/гарантий) и не должен рассматриваться как поддержка взглядов компании Gate или как финансовый или профессиональный совет. Подробности смотрите в разделе «Отказ от ответственности» .
Новые прорывы в асинхронном BFT соглашении: протокол 2PAC значительно повышает производительность блокчейна
Последний отчет о исследованиях протокола соглашения Блокчейн
В этом отчете подробно рассматривается текущее состояние развития протоколов консенсуса Блокчейн, с акцентом на последние достижения протокола асинхронного византийского отказоустойчивого состояния машины (BFT SMR). В настоящее время sMVBA считается самым быстрым асинхронным MVBA-протоколом, ожидаемая задержка составляет 10δ. В отчете также представлены два новых проектирования протоколов: 2PAC (асинхронный консенсус на 2 этапах) и супербыстрая конвейерная блокировка, которые демонстрируют значительные улучшения в пропускной способности и задержке.
Технология Блокчейн, как децентрализованная распределенная бухгалтерская система, обеспечивает целостность и согласованность данных через механизм соглашения. Механизм соглашения является ядром системы Блокчейн, его производительность напрямую влияет на масштабируемость и безопасность Блокчейн. Асинхронный механизм согласования с ошибками византийского типа (BFT) обладает уникальными преимуществами в условиях сетевых задержек и частичных сбоев узлов, что делает его объектом активных исследований.
Модели и определения
В асинхронной модели BFT система состоит из n = 3f + 1 процессов, где f процессов могут быть злонамеренно разрушены противником. Эти процессы общаются друг с другом через асинхронные каналы, задержка передачи сообщений контролируется противником. Каждый процесс имеет пару открытых и закрытых ключей для подписи и проверки, что обеспечивает подлинность и целостность сообщений.
Блокчейн Соглашение
Протокол согласия Блокчейна предназначен для того, чтобы все честные узлы достигли согласия по состоянию Блокчейна. Конкретно, каждый узел постоянно получает новые транзакции и упаковывает их в блоки, обеспечивая согласие по этим блокам на всех честных узлах с помощью протокола согласия. Протокол согласия Блокчейна должен удовлетворять следующим основным требованиям:
Текущие вызовы асинхронного протокола соглашения
Текущий асинхронный протокол согласия сталкивается с множеством атак, которые могут подорвать согласованность и активность протокола. Например, атаки, вызванные отсутствием проверки аутентификации, атаки, которые используют стратегии повышения для препятствования активности, а также атаки на согласованность, вызванные ослаблением определения аутентификации лидера. Хотя некоторые протоколы ввели новые механизмы, такие как параллельная работа нескольких экземпляров, они все еще не смогли полностью решить эти проблемы.
Новый протокол проектирования: 2PAC (2-фазное асинхронное соглашение)
На основе анализа существующих протоколов исследователи предложили протокол 2PAC. Этот протокол значительно повышает производительность за счет упрощения и оптимизации процесса соглашения. В частности, он включает два варианта:
2PAClean:
2PACBIG:
Супербыстрая конвейерная Блок
Исследователи предложили новый дизайн конвейерного блока, который значительно сокращает задержку конвейерных блоков. Внедряя механизм быстрого пути, время принятия решений для конвейерных блоков даже меньше, чем для неконвейерных блоков при использовании справедливого планировщика. Этот механизм гарантирует задержку быстрого пути во всех выполнениях и не подвержен влиянию поведения сбойных процессов.
Результаты квантования
С помощью теоретического анализа и практического тестирования, ожидаемая задержка 2PAClean в худшем случае составляет 9.5δ, а в хорошем случае (без сбоев и полуправильное распределение) — 6δ. В сравнении, ожидаемая задержка sMVBA составляет 10δ, а в хорошем случае — 6δ. Таким образом, 2PAClean снизил задержку в худшем случае на 0.5δ при сохранении такой же задержки в хорошем случае. Кроме того, производительность 2PAClean по сравнению с цепочным sMVBA увеличилась на 80% до 100%, что в основном связано с тем, что в новом дизайне избегаются ненужные потери блоков и вычислительные накладные расходы.
2PACBIG как протокол с сложностью сообщения O(n³), имеет время выполнения MVBA за один раз 4δ, что быстрее, чем у всех существующих протоколов. Кроме того, сверхбыстрая конвейерная блокировка позволяет s2PAClean и s2PACBIG достичь времени принятия решений по конвейерным блокам 4δ и 3δ соответственно, что дополнительно повышает производительность протокола.
Расчет оценки
Чтобы проверить производительность нового Протокола, исследователи провели обширные вычислительные оценки. Результаты показали, что 2PAClean и 2PACBIG демонстрируют отличные показатели в различных сетевых условиях, особенно в средах с высокой задержкой и высокой частотой сбоев. В частности, 2PAClean достиг хорошего баланса между задержкой передачи сообщений и вычислительной сложностью, в то время как 2PACBIG реализовал более низкую задержку за счет параллелизации и оптимизации процесса голосования.
С развитием технологий Блокчейн, асинхронный протокол Соглашения BFT будет играть всё более важную роль в обеспечении безопасности и повышении производительности. Дизайн 2PAC и сверхбыстрой конвейерной Блоки демонстрирует направление развития будущих протоколов Соглашения Блокчейн, а именно, упрощая структуру протокола и оптимизируя процесс Соглашения для достижения более высокой пропускной способности и более низкой задержки.
Будущие направления исследований
Данный отчет подробно анализирует преимущества и недостатки текущих асинхронных протоколов согласования Блокчейн и предлагает два новых проектных протокола: 2PAC и сверхбыстрая поточная Блок. Новые разработки демонстрируют значительные преимущества в повышении пропускной способности и снижении задержки, предоставляя важную ссылку для будущего развития технологий Блокчейн. Эти новые протоколы не только теоретически доказали свое превосходство, но и продемонстрировали выдающиеся характеристики в практических испытаниях, предлагая новые идеи для достижения эффективных и безопасных протоколов согласования Блокчейн.
Путем постоянных исследований и оптимизации, Блокчейн технологии будут играть все более важную роль в будущем цифровой экономики, а новое поколение Соглашений Протоколов предоставит прочную основу для развития этой технологии.