Báo cáo nghiên cứu về tiến triển mới nhất của giao thức nhận thức chung Blockchain
Báo cáo này đi sâu vào việc khám phá tình trạng phát triển của giao thức nhận thức chung blockchain, tập trung phân tích những tiến triển mới nhất của giao thức sao chép trạng thái sai lệch Byzantine (BFT SMR). Hiện tại, sMVBA được coi là giao thức MVBA không đồng bộ nhanh nhất, với độ trễ kỳ vọng là 10δ. Báo cáo cũng đề xuất hai thiết kế giao thức mới, đó là 2PAC (nhận thức chung không đồng bộ 2 giai đoạn) và khối ống siêu nhanh, thể hiện sự cải tiến đáng kể về thông lượng và độ trễ.
Công nghệ Blockchain, như một công nghệ sổ cái phân tán phi tập trung, đảm bảo tính toàn vẹn và nhất quán của dữ liệu thông qua cơ chế nhận thức chung. Cơ chế nhận thức chung là cốt lõi của hệ thống Blockchain, hiệu suất của nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng mở rộng và tính bảo mật của Blockchain. Cơ chế đồng thuận Byzantine Fault Tolerance (BFT) có những ưu điểm độc đáo trong việc ứng phó với độ trễ mạng và sự cố của một số nút, do đó trở thành trọng tâm nghiên cứu.
Mô hình và định nghĩa
Trong mô hình BFT bất đồng bộ, hệ thống bao gồm n = 3f + 1 tiến trình, trong đó f tiến trình có thể bị đối thủ phá hoại một cách ác ý. Những tiến trình này giao tiếp với nhau qua các kênh bất đồng bộ, độ trễ trong việc truyền tải tin nhắn được kiểm soát bởi đối thủ. Mỗi tiến trình sở hữu một cặp khóa công khai và riêng tư để ký và xác minh, đảm bảo tính xác thực và toàn vẹn của tin nhắn.
Blockchain Nhận thức chung
Giao thức nhận thức chung Blockchain nhằm mục đích để tất cả các nút trung thực đạt được sự đồng thuận về trạng thái của Blockchain. Cụ thể, mỗi nút liên tục nhận được các giao dịch mới và đóng gói chúng thành các khối, thông qua giao thức nhận thức chung đảm bảo rằng các khối này đạt được sự đồng thuận trên tất cả các nút trung thực. Giao thức nhận thức chung Blockchain cần đáp ứng một số yêu cầu cơ bản sau:
Hoạt tính (Liveness): Trong việc thực thi vô hạn, tồn tại một chuỗi blockchain đã được quyết định vô hạn.
Tính nhất quán (Consistency): Nếu có hai chuỗi khối đã được xác định, thì một trong số đó phải là tiền tố của chuỗi còn lại.
P chất lượng (P-Quality): Trong blockchain đã được quyết định, tỷ lệ giao dịch do các nút trung thực nhập vào ít nhất là p.
Thách thức của giao thức nhận thức chung không đồng bộ hiện tại
Hiện tại, giao thức nhận thức chung bất đồng bộ đang phải đối mặt với nhiều loại hình tấn công, những cuộc tấn công này có thể phá hoại tính nhất quán và tính khả thi của giao thức. Ví dụ, các cuộc tấn công từ việc thiếu kiểm tra xác thực, các cuộc tấn công sử dụng chiến lược nâng cao để cản trở tính khả thi, và các cuộc tấn công về tính nhất quán do định nghĩa xác thực lãnh đạo bị nới lỏng. Mặc dù một số giao thức đã đưa ra các cơ chế mới, chẳng hạn như các phiên bản song song hoạt động đồng thời, nhưng vẫn chưa giải quyết triệt để các vấn đề này.
Thiết kế giao thức mới: 2PAC (Nhận thức chung bất đồng bộ 2 giai đoạn)
Dựa trên phân tích các giao thức hiện có, các nhà nghiên cứu đã đề xuất giao thức 2PAC. Giao thức này thông qua việc đơn giản hóa và tối ưu hóa quá trình nhận thức chung, đã cải thiện đáng kể hiệu suất. Cụ thể bao gồm hai biến thể:
2PAClean：
Đạt được +90% thông lượng và độ trễ kỳ vọng 9.5δ, độ phức tạp tin nhắn là O(n²).
Cải thiện hiệu quả của giao thức bằng cách loại bỏ các tương tác và chi phí tính toán không cần thiết.
2PACBIG：
Là giao thức nhận thức chung blockchain nhanh nhất với độ phức tạp thông điệp là O(n³).
Thời gian chạy MVBA một lần không có lỗi là 4δ, giảm thiểu độ trễ một cách đáng kể.
Siêu nhanh dòng chảy Khối
Các nhà nghiên cứu đã đề xuất một thiết kế khối ống mới, giảm đáng kể độ trễ của khối ống. Bằng cách giới thiệu cơ chế đường nhanh, dưới bộ lập lịch công bằng, thời gian quyết định của khối ống thậm chí còn nhỏ hơn cả khối không ống. Cơ chế này đảm bảo độ trễ của đường nhanh trong tất cả các thực thi và không bị ảnh hưởng bởi hành vi của các quá trình gặp lỗi.
Kết quả định lượng
Thông qua phân tích lý thuyết và thử nghiệm thực tế, độ trễ kỳ vọng của 2PAClean trong trường hợp tồi tệ nhất là 9.5δ, trong khi trong trường hợp tốt (không có lỗi và bộ lập lịch nửa công bằng) là 6δ. So với đó, độ trễ kỳ vọng của sMVBA là 10δ, trong trường hợp tốt là 6δ. Do đó, 2PAClean đã giảm độ trễ trong trường hợp tồi tệ nhất xuống 0.5δ trong khi vẫn giữ được độ trễ trong trường hợp tốt giống nhau. Hơn nữa, thông lượng của 2PAClean so với sMVBA theo chuỗi đã tăng từ 80% đến 100%, chủ yếu do thiết kế mới đã tránh được việc bỏ khối và chi phí tính toán không cần thiết.
2PACBIG với độ phức tạp thông điệp là O(n³), thời gian chạy MVBA một lần là 4δ, nhanh hơn tất cả các giao thức hiện có. Hơn nữa, thiết kế khối ống siêu nhanh đã cho phép s2PAClean và s2PACBIG lần lượt đạt được thời gian quyết định khối ống là 4δ và 3δ, nâng cao hơn nữa hiệu suất của giao thức.
Đánh giá tính toán
Để xác minh hiệu suất của giao thức mới, các nhà nghiên cứu đã tiến hành đánh giá tính toán rộng rãi. Kết quả cho thấy, 2PAClean và 2PACBIG đều thể hiện hiệu suất xuất sắc trong các điều kiện mạng khác nhau, đặc biệt là trong môi trường có độ trễ cao và tỷ lệ lỗi cao. Cụ thể, 2PAClean đạt được sự cân bằng tốt giữa độ trễ truyền tin và độ phức tạp tính toán, trong khi 2PACBIG thông qua việc song song hóa và tối ưu hóa quy trình bỏ phiếu, đạt được độ trễ thấp hơn.
Với sự phát triển không ngừng của công nghệ Blockchain, giao thức nhận thức chung BFT bất đồng bộ sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và nâng cao hiệu suất. Thiết kế 2PAC và khối siêu nhanh dòng cho thấy hướng phát triển của các giao thức nhận thức chung Blockchain trong tương lai, tức là thông qua việc đơn giản hóa cấu trúc giao thức và tối ưu hóa quá trình nhận thức, đạt được thông lượng cao hơn và độ trễ thấp hơn.
Hướng nghiên cứu tương lai
Giao thức tối ưu: Tiến hành đơn giản hóa và tối ưu hóa cấu trúc giao thức, giảm thiểu việc truyền đạt thông điệp không cần thiết và chi phí tính toán.
Phân tích an ninh: Phân tích sâu về tính an toàn của giao thức mới trong các kịch bản tấn công khác nhau, đảm bảo tính đáng tin cậy của nó trong ứng dụng thực tế.
Ứng dụng thực tế: Áp dụng giao thức mới vào hệ thống Blockchain thực tế, xác minh hiệu suất của nó trong môi trường mạng thực.
Báo cáo này phân tích chi tiết những ưu điểm và nhược điểm của giao thức nhận thức chung blockchain bất đồng bộ hiện tại, đồng thời đề xuất hai thiết kế giao thức mới, đó là 2PAC và Khối ống siêu tốc. Thiết kế mới thể hiện những lợi thế đáng kể trong việc nâng cao thông lượng và giảm độ trễ, cung cấp tham khảo quan trọng cho sự phát triển công nghệ blockchain trong tương lai. Những giao thức mới này không chỉ chứng minh sự vượt trội của chúng về lý thuyết, mà còn thể hiện hiệu suất xuất sắc trong các thử nghiệm thực tế, cung cấp hướng đi mới cho việc đạt được giao thức nhận thức chung blockchain hiệu quả và an toàn.
Thông qua việc nghiên cứu và tối ưu hóa liên tục, công nghệ Blockchain sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong nền kinh tế số trong tương lai, và thế hệ giao thức nhận thức chung mới sẽ cung cấp nền tảng vững chắc cho sự phát triển của công nghệ này.
Xem bản gốc
Trang này có thể chứa nội dung của bên thứ ba, được cung cấp chỉ nhằm mục đích thông tin (không phải là tuyên bố/bảo đảm) và không được coi là sự chứng thực cho quan điểm của Gate hoặc là lời khuyên về tài chính hoặc chuyên môn. Xem Tuyên bố từ chối trách nhiệm để biết chi tiết.
Đột phá mới trong Nhận thức chung BFT bất đồng bộ: Giao thức 2PAC nâng cao đáng kể hiệu suất Blockchain
Báo cáo nghiên cứu về tiến triển mới nhất của giao thức nhận thức chung Blockchain
Báo cáo này đi sâu vào việc khám phá tình trạng phát triển của giao thức nhận thức chung blockchain, tập trung phân tích những tiến triển mới nhất của giao thức sao chép trạng thái sai lệch Byzantine (BFT SMR). Hiện tại, sMVBA được coi là giao thức MVBA không đồng bộ nhanh nhất, với độ trễ kỳ vọng là 10δ. Báo cáo cũng đề xuất hai thiết kế giao thức mới, đó là 2PAC (nhận thức chung không đồng bộ 2 giai đoạn) và khối ống siêu nhanh, thể hiện sự cải tiến đáng kể về thông lượng và độ trễ.
Công nghệ Blockchain, như một công nghệ sổ cái phân tán phi tập trung, đảm bảo tính toàn vẹn và nhất quán của dữ liệu thông qua cơ chế nhận thức chung. Cơ chế nhận thức chung là cốt lõi của hệ thống Blockchain, hiệu suất của nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng mở rộng và tính bảo mật của Blockchain. Cơ chế đồng thuận Byzantine Fault Tolerance (BFT) có những ưu điểm độc đáo trong việc ứng phó với độ trễ mạng và sự cố của một số nút, do đó trở thành trọng tâm nghiên cứu.
Mô hình và định nghĩa
Trong mô hình BFT bất đồng bộ, hệ thống bao gồm n = 3f + 1 tiến trình, trong đó f tiến trình có thể bị đối thủ phá hoại một cách ác ý. Những tiến trình này giao tiếp với nhau qua các kênh bất đồng bộ, độ trễ trong việc truyền tải tin nhắn được kiểm soát bởi đối thủ. Mỗi tiến trình sở hữu một cặp khóa công khai và riêng tư để ký và xác minh, đảm bảo tính xác thực và toàn vẹn của tin nhắn.
Blockchain Nhận thức chung
Giao thức nhận thức chung Blockchain nhằm mục đích để tất cả các nút trung thực đạt được sự đồng thuận về trạng thái của Blockchain. Cụ thể, mỗi nút liên tục nhận được các giao dịch mới và đóng gói chúng thành các khối, thông qua giao thức nhận thức chung đảm bảo rằng các khối này đạt được sự đồng thuận trên tất cả các nút trung thực. Giao thức nhận thức chung Blockchain cần đáp ứng một số yêu cầu cơ bản sau:
Thách thức của giao thức nhận thức chung không đồng bộ hiện tại
Hiện tại, giao thức nhận thức chung bất đồng bộ đang phải đối mặt với nhiều loại hình tấn công, những cuộc tấn công này có thể phá hoại tính nhất quán và tính khả thi của giao thức. Ví dụ, các cuộc tấn công từ việc thiếu kiểm tra xác thực, các cuộc tấn công sử dụng chiến lược nâng cao để cản trở tính khả thi, và các cuộc tấn công về tính nhất quán do định nghĩa xác thực lãnh đạo bị nới lỏng. Mặc dù một số giao thức đã đưa ra các cơ chế mới, chẳng hạn như các phiên bản song song hoạt động đồng thời, nhưng vẫn chưa giải quyết triệt để các vấn đề này.
Thiết kế giao thức mới: 2PAC (Nhận thức chung bất đồng bộ 2 giai đoạn)
Dựa trên phân tích các giao thức hiện có, các nhà nghiên cứu đã đề xuất giao thức 2PAC. Giao thức này thông qua việc đơn giản hóa và tối ưu hóa quá trình nhận thức chung, đã cải thiện đáng kể hiệu suất. Cụ thể bao gồm hai biến thể:
2PAClean：
2PACBIG：
Siêu nhanh dòng chảy Khối
Các nhà nghiên cứu đã đề xuất một thiết kế khối ống mới, giảm đáng kể độ trễ của khối ống. Bằng cách giới thiệu cơ chế đường nhanh, dưới bộ lập lịch công bằng, thời gian quyết định của khối ống thậm chí còn nhỏ hơn cả khối không ống. Cơ chế này đảm bảo độ trễ của đường nhanh trong tất cả các thực thi và không bị ảnh hưởng bởi hành vi của các quá trình gặp lỗi.
Kết quả định lượng
Thông qua phân tích lý thuyết và thử nghiệm thực tế, độ trễ kỳ vọng của 2PAClean trong trường hợp tồi tệ nhất là 9.5δ, trong khi trong trường hợp tốt (không có lỗi và bộ lập lịch nửa công bằng) là 6δ. So với đó, độ trễ kỳ vọng của sMVBA là 10δ, trong trường hợp tốt là 6δ. Do đó, 2PAClean đã giảm độ trễ trong trường hợp tồi tệ nhất xuống 0.5δ trong khi vẫn giữ được độ trễ trong trường hợp tốt giống nhau. Hơn nữa, thông lượng của 2PAClean so với sMVBA theo chuỗi đã tăng từ 80% đến 100%, chủ yếu do thiết kế mới đã tránh được việc bỏ khối và chi phí tính toán không cần thiết.
2PACBIG với độ phức tạp thông điệp là O(n³), thời gian chạy MVBA một lần là 4δ, nhanh hơn tất cả các giao thức hiện có. Hơn nữa, thiết kế khối ống siêu nhanh đã cho phép s2PAClean và s2PACBIG lần lượt đạt được thời gian quyết định khối ống là 4δ và 3δ, nâng cao hơn nữa hiệu suất của giao thức.
Đánh giá tính toán
Để xác minh hiệu suất của giao thức mới, các nhà nghiên cứu đã tiến hành đánh giá tính toán rộng rãi. Kết quả cho thấy, 2PAClean và 2PACBIG đều thể hiện hiệu suất xuất sắc trong các điều kiện mạng khác nhau, đặc biệt là trong môi trường có độ trễ cao và tỷ lệ lỗi cao. Cụ thể, 2PAClean đạt được sự cân bằng tốt giữa độ trễ truyền tin và độ phức tạp tính toán, trong khi 2PACBIG thông qua việc song song hóa và tối ưu hóa quy trình bỏ phiếu, đạt được độ trễ thấp hơn.
Với sự phát triển không ngừng của công nghệ Blockchain, giao thức nhận thức chung BFT bất đồng bộ sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và nâng cao hiệu suất. Thiết kế 2PAC và khối siêu nhanh dòng cho thấy hướng phát triển của các giao thức nhận thức chung Blockchain trong tương lai, tức là thông qua việc đơn giản hóa cấu trúc giao thức và tối ưu hóa quá trình nhận thức, đạt được thông lượng cao hơn và độ trễ thấp hơn.
Hướng nghiên cứu tương lai
Báo cáo này phân tích chi tiết những ưu điểm và nhược điểm của giao thức nhận thức chung blockchain bất đồng bộ hiện tại, đồng thời đề xuất hai thiết kế giao thức mới, đó là 2PAC và Khối ống siêu tốc. Thiết kế mới thể hiện những lợi thế đáng kể trong việc nâng cao thông lượng và giảm độ trễ, cung cấp tham khảo quan trọng cho sự phát triển công nghệ blockchain trong tương lai. Những giao thức mới này không chỉ chứng minh sự vượt trội của chúng về lý thuyết, mà còn thể hiện hiệu suất xuất sắc trong các thử nghiệm thực tế, cung cấp hướng đi mới cho việc đạt được giao thức nhận thức chung blockchain hiệu quả và an toàn.
Thông qua việc nghiên cứu và tối ưu hóa liên tục, công nghệ Blockchain sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong nền kinh tế số trong tương lai, và thế hệ giao thức nhận thức chung mới sẽ cung cấp nền tảng vững chắc cho sự phát triển của công nghệ này.