Derniers avancements et applications du protocole de consensus Blockchain
La technologie Blockchain, en tant que technologie de registre distribué décentralisé, assure l'intégrité et la cohérence des données grâce à un mécanisme de consensus. Le mécanisme de consensus est au cœur des systèmes blockchain, et ses performances influencent directement l'évolutivité et la sécurité de la blockchain. Le mécanisme de consensus Byzantine Fault Tolerance (BFT) présente des avantages uniques pour faire face aux délais de réseau et aux défaillances de certains nœuds, c'est pourquoi il est devenu un point focal de recherche.
Ce rapport examine l'état actuel du développement des protocoles de consensus Blockchain, en mettant l'accent sur les derniers progrès du protocole de réplication de machine à état tolérante aux pannes byzantines asynchrone (BFT SMR). Le protocole asynchrone le plus rapide actuellement est le 2-chain VABA, mais en raison de ses vulnérabilités, son délai d'attente prévu de 9,5δ n'a pas été atteint. Par conséquent, le sMVBA est devenu le protocole MVBA asynchrone le plus rapide, avec un délai prévu de 10δ. Le rapport propose également deux nouvelles conceptions de protocole, à savoir le 2PAC (Consensus asynchrone en 2 phases) et le bloc pipeline ultra-rapide, démontrant des améliorations significatives en termes de débit et de latence.
Modèles et définitions
Dans un modèle BFT asynchrone, le système est composé de n = 3f + 1 processus, où f processus peuvent être malicieusement compromis par un adversaire. Ces processus communiquent entre eux via des canaux asynchrones, le délai de transmission des messages étant contrôlé par l'adversaire. Chaque processus possède une paire de clés publique et privée pour la signature et la vérification, garantissant l'authenticité et l'intégrité des messages.
Blockchain Consensus
Le protocole de consensus Blockchain vise à permettre à tous les nœuds honnêtes de parvenir à un accord sur l'état de la Blockchain. Concrètement, chaque nœud reçoit constamment de nouvelles transactions et les regroupe en blocs, garantissant grâce au protocole de consensus que ces blocs sont convenus par tous les nœuds honnêtes. Le protocole de consensus Blockchain doit répondre aux exigences fondamentales suivantes :
Activité (Liveness) : Dans une exécution infinie, il existe une blockchain décidée de longueur infinie.
Cohérence (Consistency) : Si deux blockchains décidées existent, l'une d'elles doit être le préfixe de l'autre.
P-Qualité (P-Quality) : Dans une Blockchain décidée, la proportion de transactions saisies par des nœuds honnêtes doit être d'au moins p.
Défis actuels du protocole de consensus asynchrone
Le protocole de consensus asynchrone le plus rapide actuellement est le 2-chain VABA, dont le délai prévu est de 9,5δ. Cependant, nous avons découvert que ce protocole présente plusieurs vecteurs d'attaque qui compromettent sa cohérence et sa vivacité. Par exemple, les attaques dues à un manque de vérification des certificats, les attaques qui entravent la vivacité en utilisant des stratégies d'élévation, ainsi que les attaques de cohérence résultant d'une définition assouplie de la certification des leaders. Bien que le 2-chain VABA ait introduit certains nouveaux mécanismes, tels que l'exécution parallèle de plusieurs instances parallèles, il n'a toujours pas réussi à résoudre complètement ces problèmes.
Nouveau design de protocole : 2PAC (Consensus asynchrone en 2 étapes)
Sur la base de l'analyse des protocoles existants, nous avons proposé le protocole 2PAC. Ce protocole améliore considérablement les performances en simplifiant et en optimisant le processus de consensus. Il comprend spécifiquement deux variantes :
2PAClean :
Réalise un débit de +90% et une latence prévue de 9.5δ, la complexité des messages est O(n²).
L'efficacité du protocole a été améliorée en éliminant les interactions et les coûts de calcul inutiles.
2PACBIG：
C'est le protocole de consensus Blockchain le plus rapide avec une complexité d'information de O(n³).
Le temps d'exécution unique MVBA sans faute est de 4δ, réduisant considérablement la latence.
Super pipeline Bloc rapide
Nous avons proposé un nouveau design de bloc en pipeline, réduisant considérablement le délai des blocs en pipeline. Grâce à l'introduction d'un mécanisme de chemin rapide, le temps de décision des blocs en pipeline est même inférieur à celui des blocs non pipelinés sous un ordonnanceur équitable. Ce mécanisme garantit un délai de chemin rapide dans toutes les exécutions et n'est pas affecté par le comportement des processus défaillants.
Résultats quantitatifs
Grâce à une analyse théorique et à des tests pratiques, l'attente prévue de 2PAClean dans le pire des cas est de 9,5δ, tandis que dans le meilleur des cas (sans pannes et avec un ordonnanceur semi-équitable) elle est de 6δ. En comparaison, l'attente prévue de sMVBA est de 10δ, et dans le meilleur des cas elle est de 6δ. Ainsi, 2PAClean réduit l'attente du pire des cas de 0,5δ tout en maintenant la même attente dans le meilleur des cas. De plus, le débit de 2PAClean a augmenté de 80 % à 100 % par rapport à la chaîne sMVBA, principalement en raison de l'évitement dans la nouvelle conception des abandons de blocs inutiles et des coûts de calcul.
2PACBIG en tant que protocole avec une complexité de message de O(n³), a un temps d'exécution MVBA par instance de 4δ, ce qui est plus rapide que tous les protocoles existants. De plus, la conception de blocs en pipeline ultra-rapide permet à s2PAClean et s2PACBIG d'atteindre respectivement un temps de décision de bloc en pipeline de 4δ et 3δ, améliorant ainsi davantage les performances du protocole.
Évaluation des calculs
Pour vérifier les performances du nouveau protocole, nous avons réalisé une évaluation computationnelle approfondie. Les résultats montrent que 2PAClean et 2PACBIG affichent d'excellentes performances dans diverses conditions réseau, en particulier dans des environnements à forte latence et à taux de défaillance élevé. Plus précisément, 2PAClean réalise un bon équilibre entre la latence de messagerie et la complexité computationnelle, tandis que 2PACBIG permet d'obtenir une latence plus faible grâce à la parallélisation et à l'optimisation du processus de vote.
Avec le développement continu de la technologie Blockchain, le protocole de consensus BFT asynchrone jouera un rôle de plus en plus important dans la garantie de la sécurité et l'amélioration des performances. La conception de 2PAC et des blocs de pipeline ultrarapides montre la direction future du développement des protocoles de consensus Blockchain, à savoir réaliser un débit plus élevé et une latence plus faible en simplifiant la structure du protocole et en optimisant le processus de consensus.
Directions de recherche futures
Les recherches futures pourraient explorer plusieurs directions suivantes :
Optimisation du protocole : simplifier et optimiser davantage la structure du protocole, réduire les communications et les coûts de calcul inutiles.
Analyse de la sécurité : analyser en profondeur la sécurité du nouveau protocole dans divers scénarios d'attaque, afin d'assurer sa fiabilité dans les applications réelles.
Application réelle : appliquer le nouveau protocole dans un système Blockchain réel, pour vérifier ses performances dans un environnement réseau réel.
Ce rapport analyse en détail les avantages et les inconvénients des protocoles de consensus asynchrones de Blockchain actuels, et propose deux nouvelles conceptions de protocole, à savoir 2PAC et Bloc à pipeline ultra-rapide. Les nouvelles conceptions montrent des avantages significatifs en termes de débit et de réduction de la latence, fournissant une référence importante pour le développement futur de la technologie Blockchain. Ces nouveaux protocoles ont non seulement prouvé leur supériorité sur le plan théorique, mais ont également démontré une performance exceptionnelle lors des tests pratiques, offrant de nouvelles idées pour réaliser des protocoles de consensus Blockchain efficaces et sécurisés.
Grâce à une recherche et à une optimisation continues, nous avons des raisons de croire que la technologie Blockchain jouera un rôle de plus en plus important dans l'économie numérique future, et que la nouvelle génération de protocole de Consensus fournira une base solide pour le développement de cette technologie.
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LiquidationWatcher
· 07-31 15:22
Tss, la vitesse de consensus est un point clé.
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ETHReserveBank
· 07-30 00:25
Consensus je comprends, il faut accélérer !
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AirdropHunter007
· 07-28 20:49
Consensus a été résolu, le travail a été fait.
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GateUser-1a2ed0b9
· 07-28 20:39
Consensus protocole aussi fort?
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CryptoAdventurer
· 07-28 20:37
La réduction est faite, plus on roule, moins c'est cher.
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JustHereForAirdrops
· 07-28 20:34
La capacité de traitement est au maximum.
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digital_archaeologist
· 07-28 20:24
Je n'ai pas compris ce que cela signifie. Qui va regarder ?
Protocole 2PAC : réaliser un consensus blockchain asynchrone plus rapide et plus efficace
Derniers avancements et applications du protocole de consensus Blockchain
La technologie Blockchain, en tant que technologie de registre distribué décentralisé, assure l'intégrité et la cohérence des données grâce à un mécanisme de consensus. Le mécanisme de consensus est au cœur des systèmes blockchain, et ses performances influencent directement l'évolutivité et la sécurité de la blockchain. Le mécanisme de consensus Byzantine Fault Tolerance (BFT) présente des avantages uniques pour faire face aux délais de réseau et aux défaillances de certains nœuds, c'est pourquoi il est devenu un point focal de recherche.
Ce rapport examine l'état actuel du développement des protocoles de consensus Blockchain, en mettant l'accent sur les derniers progrès du protocole de réplication de machine à état tolérante aux pannes byzantines asynchrone (BFT SMR). Le protocole asynchrone le plus rapide actuellement est le 2-chain VABA, mais en raison de ses vulnérabilités, son délai d'attente prévu de 9,5δ n'a pas été atteint. Par conséquent, le sMVBA est devenu le protocole MVBA asynchrone le plus rapide, avec un délai prévu de 10δ. Le rapport propose également deux nouvelles conceptions de protocole, à savoir le 2PAC (Consensus asynchrone en 2 phases) et le bloc pipeline ultra-rapide, démontrant des améliorations significatives en termes de débit et de latence.
Modèles et définitions
Dans un modèle BFT asynchrone, le système est composé de n = 3f + 1 processus, où f processus peuvent être malicieusement compromis par un adversaire. Ces processus communiquent entre eux via des canaux asynchrones, le délai de transmission des messages étant contrôlé par l'adversaire. Chaque processus possède une paire de clés publique et privée pour la signature et la vérification, garantissant l'authenticité et l'intégrité des messages.
Blockchain Consensus
Le protocole de consensus Blockchain vise à permettre à tous les nœuds honnêtes de parvenir à un accord sur l'état de la Blockchain. Concrètement, chaque nœud reçoit constamment de nouvelles transactions et les regroupe en blocs, garantissant grâce au protocole de consensus que ces blocs sont convenus par tous les nœuds honnêtes. Le protocole de consensus Blockchain doit répondre aux exigences fondamentales suivantes :
Défis actuels du protocole de consensus asynchrone
Le protocole de consensus asynchrone le plus rapide actuellement est le 2-chain VABA, dont le délai prévu est de 9,5δ. Cependant, nous avons découvert que ce protocole présente plusieurs vecteurs d'attaque qui compromettent sa cohérence et sa vivacité. Par exemple, les attaques dues à un manque de vérification des certificats, les attaques qui entravent la vivacité en utilisant des stratégies d'élévation, ainsi que les attaques de cohérence résultant d'une définition assouplie de la certification des leaders. Bien que le 2-chain VABA ait introduit certains nouveaux mécanismes, tels que l'exécution parallèle de plusieurs instances parallèles, il n'a toujours pas réussi à résoudre complètement ces problèmes.
Nouveau design de protocole : 2PAC (Consensus asynchrone en 2 étapes)
Sur la base de l'analyse des protocoles existants, nous avons proposé le protocole 2PAC. Ce protocole améliore considérablement les performances en simplifiant et en optimisant le processus de consensus. Il comprend spécifiquement deux variantes :
2PAClean :
2PACBIG：
Super pipeline Bloc rapide
Nous avons proposé un nouveau design de bloc en pipeline, réduisant considérablement le délai des blocs en pipeline. Grâce à l'introduction d'un mécanisme de chemin rapide, le temps de décision des blocs en pipeline est même inférieur à celui des blocs non pipelinés sous un ordonnanceur équitable. Ce mécanisme garantit un délai de chemin rapide dans toutes les exécutions et n'est pas affecté par le comportement des processus défaillants.
Résultats quantitatifs
Grâce à une analyse théorique et à des tests pratiques, l'attente prévue de 2PAClean dans le pire des cas est de 9,5δ, tandis que dans le meilleur des cas (sans pannes et avec un ordonnanceur semi-équitable) elle est de 6δ. En comparaison, l'attente prévue de sMVBA est de 10δ, et dans le meilleur des cas elle est de 6δ. Ainsi, 2PAClean réduit l'attente du pire des cas de 0,5δ tout en maintenant la même attente dans le meilleur des cas. De plus, le débit de 2PAClean a augmenté de 80 % à 100 % par rapport à la chaîne sMVBA, principalement en raison de l'évitement dans la nouvelle conception des abandons de blocs inutiles et des coûts de calcul.
2PACBIG en tant que protocole avec une complexité de message de O(n³), a un temps d'exécution MVBA par instance de 4δ, ce qui est plus rapide que tous les protocoles existants. De plus, la conception de blocs en pipeline ultra-rapide permet à s2PAClean et s2PACBIG d'atteindre respectivement un temps de décision de bloc en pipeline de 4δ et 3δ, améliorant ainsi davantage les performances du protocole.
Évaluation des calculs
Pour vérifier les performances du nouveau protocole, nous avons réalisé une évaluation computationnelle approfondie. Les résultats montrent que 2PAClean et 2PACBIG affichent d'excellentes performances dans diverses conditions réseau, en particulier dans des environnements à forte latence et à taux de défaillance élevé. Plus précisément, 2PAClean réalise un bon équilibre entre la latence de messagerie et la complexité computationnelle, tandis que 2PACBIG permet d'obtenir une latence plus faible grâce à la parallélisation et à l'optimisation du processus de vote.
Avec le développement continu de la technologie Blockchain, le protocole de consensus BFT asynchrone jouera un rôle de plus en plus important dans la garantie de la sécurité et l'amélioration des performances. La conception de 2PAC et des blocs de pipeline ultrarapides montre la direction future du développement des protocoles de consensus Blockchain, à savoir réaliser un débit plus élevé et une latence plus faible en simplifiant la structure du protocole et en optimisant le processus de consensus.
Directions de recherche futures
Les recherches futures pourraient explorer plusieurs directions suivantes :
Optimisation du protocole : simplifier et optimiser davantage la structure du protocole, réduire les communications et les coûts de calcul inutiles.
Analyse de la sécurité : analyser en profondeur la sécurité du nouveau protocole dans divers scénarios d'attaque, afin d'assurer sa fiabilité dans les applications réelles.
Application réelle : appliquer le nouveau protocole dans un système Blockchain réel, pour vérifier ses performances dans un environnement réseau réel.
Ce rapport analyse en détail les avantages et les inconvénients des protocoles de consensus asynchrones de Blockchain actuels, et propose deux nouvelles conceptions de protocole, à savoir 2PAC et Bloc à pipeline ultra-rapide. Les nouvelles conceptions montrent des avantages significatifs en termes de débit et de réduction de la latence, fournissant une référence importante pour le développement futur de la technologie Blockchain. Ces nouveaux protocoles ont non seulement prouvé leur supériorité sur le plan théorique, mais ont également démontré une performance exceptionnelle lors des tests pratiques, offrant de nouvelles idées pour réaliser des protocoles de consensus Blockchain efficaces et sécurisés.
Grâce à une recherche et à une optimisation continues, nous avons des raisons de croire que la technologie Blockchain jouera un rôle de plus en plus important dans l'économie numérique future, et que la nouvelle génération de protocole de Consensus fournira une base solide pour le développement de cette technologie.