Останні досягнення в дослідженні протоколу консенсусу Блокчейн
Цей звіт глибоко досліджує сучасний стан розвитку протоколів консенсусу Блокчейн, зосереджуючи увагу на останніх досягненнях протоколу асинхронного байєсівського толерантного до помилок (BFT SMR). Наразі sMVBA вважається найшвидшим асинхронним MVBA протоколом з очікуваною затримкою 10δ. У звіті також представлені два нових дизайни протоколів, а саме 2PAC (2-фазний асинхронний консенсус) та надшвидка конвеєризація блоків, які демонструють значні покращення в пропускній спроможності та затримці.
Блокчейн технологія як децентралізована розподілена технологія бухгалтерського обліку забезпечує цілісність і узгодженість даних через механізм консенсусу. Механізм консенсусу є ядром Блокчейн системи, його продуктивність безпосередньо впливає на масштабованість і безпеку Блокчейн. Асинхронний байєрський толерантний до збоїв (BFT) механізм консенсусу має унікальні переваги у вирішенні проблеми затримок у мережі та часткових збоїв вузлів, тому став предметом дослідження.
Моделі та визначення
У моделі асинхронного BFT система складається з n = 3f + 1 процесів, де f процесів можуть бути зловмисно знищені суперником. Ці процеси спілкуються один з одним через асинхронні канали, затримка передачі повідомлень контролюється суперником. Кожен процес має пару публічних і приватних ключів для підписування та перевірки, що забезпечує автентичність і цілісність повідомлень.
Блокчейн Консенсус
Протокол консенсусу Блокчейн призначений для того, щоб всі чесні вузли досягли згоди щодо стану Блокчейн. Конкретно, кожен вузол постійно отримує нові транзакції та упаковує їх у Блоки, забезпечуючи за допомогою протоколу консенсусу, щоб ці Блоки були узгоджені на всіх чесних вузлах. Протокол консенсусу Блокчейн повинен відповідати наступним основним вимогам:
Активність (Liveness): в безкінечному виконанні існує безкінечно довгий визначений Блокчейн.
Узгодженість (Consistency): якщо існує два визначених Блокчейн, то одна з них повинна бути префіксом іншої.
P-якість (P-Quality): в уже визначеному Блокчейні частка транзакцій, введених чесними вузлами, становить не менше p.
Виклики поточного асинхронного консенсусу
Поточний асинхронний протокол консенсусу стикається з різноманітними викликами у вигляді атак, які можуть підривати консистентність і активність протоколу. Наприклад, атаки, що виникають через відсутність перевірки сертифікації, атаки, які використовують стратегії підвищення для перешкоджання активності, а також атаки на консистентність, спричинені послабленням визначення сертифікації лідера. Хоча деякі протоколи впровадили нові механізми, такі як паралельне виконання декількох паралельних екземплярів, все ще не вдалося повністю вирішити ці проблеми.
Новий протокол: 2PAC (2-фазний асинхронний консенсус)
На основі аналізу існуючих протоколів, дослідники запропонували протокол 2PAC. Цей протокол значно підвищує продуктивність за рахунок спрощення та оптимізації процесу консенсусу. Зокрема, він включає два різновиди:
Підвищено ефективність протоколу шляхом усунення непотрібних взаємодій і витрат на обчислення.
ПАКБІГ:
Це найшвидший протокол консенсусу Блокчейн з поточною складністю повідомлення O(n³).
Безвідмовний час одноразового MVBA становить 4δ, що значно знижує затримку.
Супер швидкий конвеєр Блок
Дослідники представили новий дизайн конвеєрних блоків, що значно зменшує затримку конвеєрних блоків. Завдяки впровадженню механізму швидкого шляху, у рамках справедливого розподільника, час прийняття рішень для конвеєрних блоків навіть менший, ніж для нефункціональних блоків. Цей механізм гарантує затримку швидкого шляху у всіх виконаннях і не підлягає впливу поведінки несправних процесів.
Результати кількісного аналізу
За допомогою теоретичного аналізу та практичних тестів, 2PAClean має очікуване затримання в найгіршому випадку 9.5δ, а в хорошому випадку (без відмов і напівсправедливий планувальник) - 6δ. У порівнянні, очікуване затримання sMVBA становить 10δ, а в хорошому випадку - 6δ. Отже, 2PAClean зменшує затримання в найгіршому випадку на 0.5δ за умови збереження такої ж затримки в хорошому випадку. Крім того, пропускна здатність 2PAClean порівняно з лінійним sMVBA зросла на 80% до 100%, що в основному обумовлено уникненням непотрібних Блоків і обчислювальних витрат у новому дизайні.
2PACBIG як протокол з складністю повідомлення O(n³), має час виконання MVBA в 4δ, що швидше, ніж усі існуючі протоколи. Крім того, надшвидкий дизайн конвеєрних блоків дозволяє s2PAClean і s2PACBIG досягти відповідно 4δ та 3δ часу прийняття рішень щодо конвеєрних блоків, що ще більше підвищує продуктивність протоколу.
Обчислення оцінки
Щоб перевірити продуктивність нового протоколу, дослідники провели широкі обчислювальні оцінювання. Результати показали, що 2PAClean і 2PACBIG демонструють відмінну продуктивність за різних мережевих умов, особливо в середовищах з високою затримкою та високою частотою відмов. Конкретно, 2PAClean досягає хорошого балансу між затримкою передачі повідомлень і обчислювальною складністю, тоді як 2PACBIG досягає меншої затримки завдяки паралелізації та оптимізації процесу голосування.
З розвитком технології Блокчейн асинхронний BFT консенсусний протокол відіграватиме все важливішу 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, досягнення більшої пропускної спроможності та зниження затримок.
Майбутні напрямки досліджень
Оптимізація протоколу: подальше спрощення та оптимізація структури протоколу, зменшення непотрібної передачі повідомлень та обчислювальних витрат.
Аналіз безпеки: детальний аналіз нових протоколів у різних сценаріях атак, щоб забезпечити їх надійність у реальних застосуваннях.
Реальне застосування: впровадження нового протоколу в реальні Блокчейн-системи для перевірки його продуктивності в реальному мережевому середовищі.
Цей звіт детально аналізує переваги та недоліки сучасних асинхронних Блокчейн консенсус протоколів і пропонує два нові проєктування протоколів, а саме 2PAC та надшвидку конвеєрну Блок. Нові проєкти продемонстрували значні переваги в підвищенні пропускної спроможності та зменшенні затримки, що забезпечує важливі посилання для майбутнього розвитку технологій Блокчейн. Ці нові протоколи не лише теоретично довели свою перевагу, а й продемонстрували видатну продуктивність у реальних випробуваннях, пропонуючи нові ідеї для досягнення ефективних, безпечних Блокчейн консенсус протоколів.
Через постійні дослідження та оптимізацію, технологія Блокчейн відіграватиме ще більш важливу роль у майбутній цифровій економіці, тоді як 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.
Новий прорив у асинхронному BFT консенсусі: протокол 2PAC значно підвищує продуктивність Блокчейн.
Останні досягнення в дослідженні протоколу консенсусу Блокчейн
Цей звіт глибоко досліджує сучасний стан розвитку протоколів консенсусу Блокчейн, зосереджуючи увагу на останніх досягненнях протоколу асинхронного байєсівського толерантного до помилок (BFT SMR). Наразі sMVBA вважається найшвидшим асинхронним MVBA протоколом з очікуваною затримкою 10δ. У звіті також представлені два нових дизайни протоколів, а саме 2PAC (2-фазний асинхронний консенсус) та надшвидка конвеєризація блоків, які демонструють значні покращення в пропускній спроможності та затримці.
Блокчейн технологія як децентралізована розподілена технологія бухгалтерського обліку забезпечує цілісність і узгодженість даних через механізм консенсусу. Механізм консенсусу є ядром Блокчейн системи, його продуктивність безпосередньо впливає на масштабованість і безпеку Блокчейн. Асинхронний байєрський толерантний до збоїв (BFT) механізм консенсусу має унікальні переваги у вирішенні проблеми затримок у мережі та часткових збоїв вузлів, тому став предметом дослідження.
Моделі та визначення
У моделі асинхронного BFT система складається з n = 3f + 1 процесів, де f процесів можуть бути зловмисно знищені суперником. Ці процеси спілкуються один з одним через асинхронні канали, затримка передачі повідомлень контролюється суперником. Кожен процес має пару публічних і приватних ключів для підписування та перевірки, що забезпечує автентичність і цілісність повідомлень.
Блокчейн Консенсус
Протокол консенсусу Блокчейн призначений для того, щоб всі чесні вузли досягли згоди щодо стану Блокчейн. Конкретно, кожен вузол постійно отримує нові транзакції та упаковує їх у Блоки, забезпечуючи за допомогою протоколу консенсусу, щоб ці Блоки були узгоджені на всіх чесних вузлах. Протокол консенсусу Блокчейн повинен відповідати наступним основним вимогам:
Виклики поточного асинхронного консенсусу
Поточний асинхронний протокол консенсусу стикається з різноманітними викликами у вигляді атак, які можуть підривати консистентність і активність протоколу. Наприклад, атаки, що виникають через відсутність перевірки сертифікації, атаки, які використовують стратегії підвищення для перешкоджання активності, а також атаки на консистентність, спричинені послабленням визначення сертифікації лідера. Хоча деякі протоколи впровадили нові механізми, такі як паралельне виконання декількох паралельних екземплярів, все ще не вдалося повністю вирішити ці проблеми.
Новий протокол: 2PAC (2-фазний асинхронний консенсус)
На основі аналізу існуючих протоколів, дослідники запропонували протокол 2PAC. Цей протокол значно підвищує продуктивність за рахунок спрощення та оптимізації процесу консенсусу. Зокрема, він включає два різновиди:
2PAClean:
Супер швидкий конвеєр Блок
Дослідники представили новий дизайн конвеєрних блоків, що значно зменшує затримку конвеєрних блоків. Завдяки впровадженню механізму швидкого шляху, у рамках справедливого розподільника, час прийняття рішень для конвеєрних блоків навіть менший, ніж для нефункціональних блоків. Цей механізм гарантує затримку швидкого шляху у всіх виконаннях і не підлягає впливу поведінки несправних процесів.
Результати кількісного аналізу
За допомогою теоретичного аналізу та практичних тестів, 2PAClean має очікуване затримання в найгіршому випадку 9.5δ, а в хорошому випадку (без відмов і напівсправедливий планувальник) - 6δ. У порівнянні, очікуване затримання sMVBA становить 10δ, а в хорошому випадку - 6δ. Отже, 2PAClean зменшує затримання в найгіршому випадку на 0.5δ за умови збереження такої ж затримки в хорошому випадку. Крім того, пропускна здатність 2PAClean порівняно з лінійним sMVBA зросла на 80% до 100%, що в основному обумовлено уникненням непотрібних Блоків і обчислювальних витрат у новому дизайні.
2PACBIG як протокол з складністю повідомлення O(n³), має час виконання MVBA в 4δ, що швидше, ніж усі існуючі протоколи. Крім того, надшвидкий дизайн конвеєрних блоків дозволяє s2PAClean і s2PACBIG досягти відповідно 4δ та 3δ часу прийняття рішень щодо конвеєрних блоків, що ще більше підвищує продуктивність протоколу.
Обчислення оцінки
Щоб перевірити продуктивність нового протоколу, дослідники провели широкі обчислювальні оцінювання. Результати показали, що 2PAClean і 2PACBIG демонструють відмінну продуктивність за різних мережевих умов, особливо в середовищах з високою затримкою та високою частотою відмов. Конкретно, 2PAClean досягає хорошого балансу між затримкою передачі повідомлень і обчислювальною складністю, тоді як 2PACBIG досягає меншої затримки завдяки паралелізації та оптимізації процесу голосування.
З розвитком технології Блокчейн асинхронний BFT консенсусний протокол відіграватиме все важливішу 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, досягнення більшої пропускної спроможності та зниження затримок.
Майбутні напрямки досліджень
Цей звіт детально аналізує переваги та недоліки сучасних асинхронних Блокчейн консенсус протоколів і пропонує два нові проєктування протоколів, а саме 2PAC та надшвидку конвеєрну Блок. Нові проєкти продемонстрували значні переваги в підвищенні пропускної спроможності та зменшенні затримки, що забезпечує важливі посилання для майбутнього розвитку технологій Блокчейн. Ці нові протоколи не лише теоретично довели свою перевагу, а й продемонстрували видатну продуктивність у реальних випробуваннях, пропонуючи нові ідеї для досягнення ефективних, безпечних Блокчейн консенсус протоколів.
Через постійні дослідження та оптимізацію, технологія Блокчейн відіграватиме ще більш важливу роль у майбутній цифровій економіці, тоді як нове покоління Консенсус протоколів забезпечить міцну основу для розвитку цієї технології.