Últimos avances y aplicaciones del protocolo de consenso de la cadena de bloques
La tecnología de cadena de bloques, como una técnica de libro mayor distribuido y descentralizado, asegura la integridad y consistencia de los datos a través de mecanismos de consenso. El mecanismo de consenso es el núcleo del sistema de cadena de bloques, y su rendimiento afecta directamente la escalabilidad y seguridad de la cadena de bloques. El mecanismo de consenso de tolerancia a fallos bizantinos asíncrono (BFT) tiene ventajas únicas para enfrentar la latencia de la red y la falla de nodos parciales, por lo que se ha convertido en un foco de investigación.
Este informe explora el estado actual del desarrollo de los protocolos de consenso de cadena de bloques, centrándose en el análisis de los últimos avances del protocolo de replicación de máquina de estado tolerante a fallos bizantinos asíncronos (BFT SMR). El protocolo asíncrono más rápido actualmente es el 2-chain VABA, pero debido a sus vulnerabilidades, no se ha logrado su retraso esperado de 9.5δ. Por lo tanto, el sMVBA se ha convertido en el protocolo MVBA asíncrono más rápido en este momento, con un retraso esperado de 10δ. El informe también presenta dos nuevos diseños de protocolos, a saber, 2PAC (consenso asíncrono de 2 fases) y bloques de tubería ultrarrápidos, que muestran mejoras significativas en términos de rendimiento y retraso.
Modelo y definición
En el modelo BFT asíncrono, el sistema está compuesto por n = 3f + 1 procesos, donde f procesos pueden ser maliciosamente dañados por un adversario. Estos procesos se comunican entre sí a través de canales asíncronos, y la latencia de la transmisión de mensajes es controlada por el adversario. Cada proceso posee un par de claves públicas y privadas para firmar y verificar, asegurando la autenticidad y la integridad de los mensajes.
Cadena de bloques Consenso
El protocolo de consenso de la cadena de bloques tiene como objetivo hacer que todos los nodos honestos lleguen a un acuerdo sobre el estado de la cadena de bloques. Específicamente, cada nodo recibe continuamente nuevas transacciones y las empaqueta en bloques, asegurando a través del protocolo de consenso que estos bloques sean acordados en todos los nodos honestos. El protocolo de consenso de la cadena de bloques debe cumplir con los siguientes requisitos básicos:
Actividad (Liveness): En la ejecución infinita, existe una cadena de bloques decidida de longitud infinita.
Consistencia: Si existen dos cadenas de bloques decididas, una de ellas debe ser un prefijo de la otra.
P calidad (P-Quality): en una cadena de bloques ya decidida, la proporción de transacciones ingresadas por nodos honestos debe ser al menos p.
Desafíos actuales del protocolo de consenso asíncrono
El protocolo de consenso asíncrono más rápido actualmente es 2-chain VABA, cuyo retraso esperado es de 9.5δ. Sin embargo, encontramos que este protocolo presenta múltiples vectores de ataque que comprometen su consistencia y actividad. Por ejemplo, ataques que aprovechan la falta de verificación de autenticación, ataques que dificultan la actividad utilizando estrategias de mejora, y ataques de consistencia que resultan de una definición laxa de la autenticación del líder, entre otros. A pesar de que 2-chain VABA introduce algunos nuevos mecanismos, como la ejecución paralela de múltiples instancias paralelas, aún no ha logrado resolver completamente estos problemas.
Nuevo diseño de protocolo: 2PAC (Consenso asíncrono en 2 fases)
Basado en el análisis de los protocolos existentes, hemos propuesto el protocolo 2PAC. Este protocolo mejora significativamente el rendimiento al simplificar y optimizar el proceso de consenso. Esto incluye dos variantes específicas:
2PAClean：
Se logró una capacidad de procesamiento de +90% y una latencia esperada de 9.5δ, con una complejidad de mensaje de O(n²).
Se ha mejorado la eficiencia del protocolo al eliminar interacciones innecesarias y costos de cálculo.
2PACBIG：
Es el protocolo de consenso de cadena de bloques más rápido con una complejidad de mensaje actual de O(n³).
El tiempo de ejecución de una sola MVBA sin fallos es de 4δ, lo que reduce drásticamente la latencia.
Cadena de bloques de flujo ultra rápido
Hemos propuesto un nuevo diseño de bloque en línea que reduce significativamente la latencia de los bloques en línea. Al introducir un mecanismo de ruta rápida, bajo un programador justo, el tiempo de decisión de los bloques en línea es incluso menor que el de los bloques no en línea. Este mecanismo garantiza la latencia de la ruta rápida en todas las ejecuciones y no se ve afectado por el comportamiento de los procesos que fallan.
Resultados cuantitativos
A través de análisis teóricos y pruebas prácticas, el retraso esperado de 2PAClean en el peor de los casos es de 9.5δ, mientras que en el buen caso (sin fallos y con un programador semijusto) es de 6δ. En comparación, el retraso esperado de sMVBA es de 10δ, y en el buen caso es de 6δ. Por lo tanto, 2PAClean reduce el retraso en el peor de los casos en 0.5δ, manteniendo el mismo retraso en el buen caso. Además, el rendimiento de 2PAClean mejora entre un 80% y un 100% en comparación con el sMVBA en cadena, principalmente debido a que el nuevo diseño evita la eliminación innecesaria de bloques y la sobrecarga computacional.
2PACBIG como un protocolo con una complejidad de mensaje de O(n³), tiene un tiempo de ejecución de MVBA de 4δ, más rápido que todos los protocolos existentes. Además, el diseño de bloques de tubería ultrarrápido permite que s2PAClean y s2PACBIG logren tiempos de decisión de bloques de tubería de 4δ y 3δ respectivamente, mejorando aún más el rendimiento del protocolo.
Evaluación de Cálculo
Para validar el rendimiento del nuevo protocolo, realizamos una amplia evaluación computacional. Los resultados muestran que 2PAClean y 2PACBIG muestran un rendimiento excepcional en diversas condiciones de red, especialmente en entornos de alta latencia y alta tasa de fallos. En concreto, 2PAClean logra un buen equilibrio entre la latencia de mensajería y la complejidad computacional, mientras que 2PACBIG consigue una latencia más baja a través de la paralelización y optimización del proceso de votación.
Con el continuo desarrollo de la tecnología de cadena de bloques, el protocolo de consenso BFT asíncrono jugará un papel cada vez más importante en la garantía de la seguridad y la mejora del rendimiento. El diseño de 2PAC y los bloques de tubería ultra rápida muestran la dirección del desarrollo de los protocolos de consenso de cadena de bloques en el futuro, es decir, lograr un mayor rendimiento y menor latencia a través de la simplificación de la estructura del protocolo y la optimización del proceso de consenso.
Direcciones futuras de investigación
La investigación futura puede explorar más a fondo las siguientes direcciones:
Optimización del protocolo: simplificar y optimizar aún más la estructura del protocolo, reduciendo la transmisión de mensajes innecesarios y los gastos de cálculo.
Análisis de seguridad: analizar en profundidad la seguridad del nuevo protocolo en diversos escenarios de ataque, asegurando su fiabilidad en aplicaciones reales.
Aplicación práctica: aplicar el nuevo protocolo en sistemas de cadena de bloques reales, verificando su rendimiento en un entorno de red real.
Este informe analiza en detalle las ventajas y desventajas actuales de los protocolos de consenso asíncrono de la cadena de bloques y presenta dos nuevos diseños de protocolo, a saber, 2PAC y Bloque de pipeline ultrarrápido. Los nuevos diseños muestran ventajas significativas en el aumento del rendimiento y la reducción de la latencia, proporcionando una referencia importante para el desarrollo futuro de la tecnología de la cadena de bloques. Estos nuevos protocolos no solo han demostrado su superioridad teóricamente, sino que también han mostrado un rendimiento excepcional en pruebas prácticas, ofreciendo nuevas ideas para lograr protocolos de consenso de cadena de bloques eficientes y seguros.
A través de una investigación y optimización constantes, tenemos razones para creer que la tecnología de la Cadena de bloques jugará un papel cada vez más importante en la economía digital del futuro, y la nueva generación de protocolos de Consenso proporcionará una base sólida para el desarrollo de esta tecnología.
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LiquidationWatcher
· 07-31 15:22
啧 La velocidad de consenso es un punto clave
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ETHReserveBank
· 07-30 00:25
Consenso, lo entiendo, ¡hay que acelerar!
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AirdropHunter007
· 07-28 20:49
Consenso resolvió trabajaron
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GateUser-1a2ed0b9
· 07-28 20:39
¿El protocolo de consenso también puede ser tan fuerte?
Protocolo 2PAC: lograr un consenso de cadena de bloques asíncrono más rápido y eficiente
Últimos avances y aplicaciones del protocolo de consenso de la cadena de bloques
La tecnología de cadena de bloques, como una técnica de libro mayor distribuido y descentralizado, asegura la integridad y consistencia de los datos a través de mecanismos de consenso. El mecanismo de consenso es el núcleo del sistema de cadena de bloques, y su rendimiento afecta directamente la escalabilidad y seguridad de la cadena de bloques. El mecanismo de consenso de tolerancia a fallos bizantinos asíncrono (BFT) tiene ventajas únicas para enfrentar la latencia de la red y la falla de nodos parciales, por lo que se ha convertido en un foco de investigación.
Este informe explora el estado actual del desarrollo de los protocolos de consenso de cadena de bloques, centrándose en el análisis de los últimos avances del protocolo de replicación de máquina de estado tolerante a fallos bizantinos asíncronos (BFT SMR). El protocolo asíncrono más rápido actualmente es el 2-chain VABA, pero debido a sus vulnerabilidades, no se ha logrado su retraso esperado de 9.5δ. Por lo tanto, el sMVBA se ha convertido en el protocolo MVBA asíncrono más rápido en este momento, con un retraso esperado de 10δ. El informe también presenta dos nuevos diseños de protocolos, a saber, 2PAC (consenso asíncrono de 2 fases) y bloques de tubería ultrarrápidos, que muestran mejoras significativas en términos de rendimiento y retraso.
Modelo y definición
En el modelo BFT asíncrono, el sistema está compuesto por n = 3f + 1 procesos, donde f procesos pueden ser maliciosamente dañados por un adversario. Estos procesos se comunican entre sí a través de canales asíncronos, y la latencia de la transmisión de mensajes es controlada por el adversario. Cada proceso posee un par de claves públicas y privadas para firmar y verificar, asegurando la autenticidad y la integridad de los mensajes.
Cadena de bloques Consenso
El protocolo de consenso de la cadena de bloques tiene como objetivo hacer que todos los nodos honestos lleguen a un acuerdo sobre el estado de la cadena de bloques. Específicamente, cada nodo recibe continuamente nuevas transacciones y las empaqueta en bloques, asegurando a través del protocolo de consenso que estos bloques sean acordados en todos los nodos honestos. El protocolo de consenso de la cadena de bloques debe cumplir con los siguientes requisitos básicos:
Desafíos actuales del protocolo de consenso asíncrono
El protocolo de consenso asíncrono más rápido actualmente es 2-chain VABA, cuyo retraso esperado es de 9.5δ. Sin embargo, encontramos que este protocolo presenta múltiples vectores de ataque que comprometen su consistencia y actividad. Por ejemplo, ataques que aprovechan la falta de verificación de autenticación, ataques que dificultan la actividad utilizando estrategias de mejora, y ataques de consistencia que resultan de una definición laxa de la autenticación del líder, entre otros. A pesar de que 2-chain VABA introduce algunos nuevos mecanismos, como la ejecución paralela de múltiples instancias paralelas, aún no ha logrado resolver completamente estos problemas.
Nuevo diseño de protocolo: 2PAC (Consenso asíncrono en 2 fases)
Basado en el análisis de los protocolos existentes, hemos propuesto el protocolo 2PAC. Este protocolo mejora significativamente el rendimiento al simplificar y optimizar el proceso de consenso. Esto incluye dos variantes específicas:
2PAClean：
2PACBIG：
Cadena de bloques de flujo ultra rápido
Hemos propuesto un nuevo diseño de bloque en línea que reduce significativamente la latencia de los bloques en línea. Al introducir un mecanismo de ruta rápida, bajo un programador justo, el tiempo de decisión de los bloques en línea es incluso menor que el de los bloques no en línea. Este mecanismo garantiza la latencia de la ruta rápida en todas las ejecuciones y no se ve afectado por el comportamiento de los procesos que fallan.
Resultados cuantitativos
A través de análisis teóricos y pruebas prácticas, el retraso esperado de 2PAClean en el peor de los casos es de 9.5δ, mientras que en el buen caso (sin fallos y con un programador semijusto) es de 6δ. En comparación, el retraso esperado de sMVBA es de 10δ, y en el buen caso es de 6δ. Por lo tanto, 2PAClean reduce el retraso en el peor de los casos en 0.5δ, manteniendo el mismo retraso en el buen caso. Además, el rendimiento de 2PAClean mejora entre un 80% y un 100% en comparación con el sMVBA en cadena, principalmente debido a que el nuevo diseño evita la eliminación innecesaria de bloques y la sobrecarga computacional.
2PACBIG como un protocolo con una complejidad de mensaje de O(n³), tiene un tiempo de ejecución de MVBA de 4δ, más rápido que todos los protocolos existentes. Además, el diseño de bloques de tubería ultrarrápido permite que s2PAClean y s2PACBIG logren tiempos de decisión de bloques de tubería de 4δ y 3δ respectivamente, mejorando aún más el rendimiento del protocolo.
Evaluación de Cálculo
Para validar el rendimiento del nuevo protocolo, realizamos una amplia evaluación computacional. Los resultados muestran que 2PAClean y 2PACBIG muestran un rendimiento excepcional en diversas condiciones de red, especialmente en entornos de alta latencia y alta tasa de fallos. En concreto, 2PAClean logra un buen equilibrio entre la latencia de mensajería y la complejidad computacional, mientras que 2PACBIG consigue una latencia más baja a través de la paralelización y optimización del proceso de votación.
Con el continuo desarrollo de la tecnología de cadena de bloques, el protocolo de consenso BFT asíncrono jugará un papel cada vez más importante en la garantía de la seguridad y la mejora del rendimiento. El diseño de 2PAC y los bloques de tubería ultra rápida muestran la dirección del desarrollo de los protocolos de consenso de cadena de bloques en el futuro, es decir, lograr un mayor rendimiento y menor latencia a través de la simplificación de la estructura del protocolo y la optimización del proceso de consenso.
Direcciones futuras de investigación
La investigación futura puede explorar más a fondo las siguientes direcciones:
Optimización del protocolo: simplificar y optimizar aún más la estructura del protocolo, reduciendo la transmisión de mensajes innecesarios y los gastos de cálculo.
Análisis de seguridad: analizar en profundidad la seguridad del nuevo protocolo en diversos escenarios de ataque, asegurando su fiabilidad en aplicaciones reales.
Aplicación práctica: aplicar el nuevo protocolo en sistemas de cadena de bloques reales, verificando su rendimiento en un entorno de red real.
Este informe analiza en detalle las ventajas y desventajas actuales de los protocolos de consenso asíncrono de la cadena de bloques y presenta dos nuevos diseños de protocolo, a saber, 2PAC y Bloque de pipeline ultrarrápido. Los nuevos diseños muestran ventajas significativas en el aumento del rendimiento y la reducción de la latencia, proporcionando una referencia importante para el desarrollo futuro de la tecnología de la cadena de bloques. Estos nuevos protocolos no solo han demostrado su superioridad teóricamente, sino que también han mostrado un rendimiento excepcional en pruebas prácticas, ofreciendo nuevas ideas para lograr protocolos de consenso de cadena de bloques eficientes y seguros.
A través de una investigación y optimización constantes, tenemos razones para creer que la tecnología de la Cadena de bloques jugará un papel cada vez más importante en la economía digital del futuro, y la nueva generación de protocolos de Consenso proporcionará una base sólida para el desarrollo de esta tecnología.