Últimos avanços e aplicações do protocolo de consenso Blockchain
A tecnologia Blockchain, como uma tecnologia de livro-razão distribuído e descentralizado, garante a integridade e a consistência dos dados através de mecanismos de consenso. O mecanismo de consenso é o núcleo do sistema Blockchain, e seu desempenho afeta diretamente a escalabilidade e a segurança da Blockchain. O mecanismo de consenso de Tolerância a Falhas Bizantinas Assíncronas (BFT) possui vantagens únicas ao lidar com latência de rede e falhas de nós, tornando-se o foco da pesquisa.
Este relatório explora o estado atual do desenvolvimento dos protocolos de consenso de Blockchain, com foco na análise dos mais recentes avanços no protocolo de replicação de máquinas de estado tolerantes a falhas bizantinas assíncronas (BFT SMR). O protocolo assíncrono mais rápido atualmente é o 2-chain VABA, mas devido a suas vulnerabilidades, a latência esperada de 9.5δ não foi alcançada. Assim, o sMVBA tornou-se o protocolo assíncrono MVBA mais rápido, com uma latência esperada de 10δ. O relatório também apresenta dois novos designs de protocolo, nomeadamente 2PAC (consenso assíncrono de 2 fases) e Blocos de Pipeline Super Rápidos, demonstrando melhorias significativas em termos de throughput e latência.
Modelos e Definições
No modelo BFT assíncrono, o sistema é composto por n = 3f + 1 processos, onde f processos podem ser maliciosamente comprometidos pelo oponente. Esses processos comunicam-se entre si através de canais assíncronos, e o atraso na entrega das mensagens é controlado pelo oponente. Cada processo possui um par de chaves pública e privada para assinatura e verificação, garantindo a autenticidade e integridade das mensagens.
Blockchain Consenso
O protocolo de consenso da blockchain tem como objetivo garantir que todos os nós honestos cheguem a um acordo sobre o estado da blockchain. Especificamente, cada nó recebe continuamente novas transações e as agrupa em blocos, assegurando por meio do protocolo de consenso que esses blocos sejam acordados em todos os nós honestos. O protocolo de consenso da blockchain precisa atender aos seguintes requisitos básicos:
Atividade (Liveness): Em uma execução infinita, existe uma blockchain decidida de comprimento infinito.
Consistência: se existirem duas cadeias de blocos decididas, uma delas deve ser um prefixo da outra.
P-Qualidade (P-Quality): Na blockchain decidida, a proporção de transações inseridas por nós honestos é de pelo menos p.
Desafios atuais do protocolo de consenso assíncrono
O protocolo de consenso assíncrono mais rápido atualmente é o 2-chain VABA, cuja latência esperada é de 9.5δ. No entanto, descobrimos que este protocolo possui várias formas de ataque que comprometem sua consistência e vitalidade. Por exemplo, ataques que exploram a falta de verificação de autenticação, ataques que obstruem a vitalidade utilizando estratégias de elevação e ataques de consistência resultantes da definição relaxada de autenticação de líderes, entre outros. Embora o 2-chain VABA tenha introduzido alguns novos mecanismos, como a execução paralela de várias instâncias, ainda não conseguiu resolver completamente esses problemas.
Novo protocolo de design: 2PAC (Consenso assíncrono em 2 fases)
Baseando-se na análise dos protocolos existentes, propusemos o protocolo 2PAC. Este protocolo melhora significativamente o desempenho ao simplificar e otimizar o processo de consenso. Isso inclui duas variantes específicas:
2PAClean：
Atingiu uma taxa de transferência de +90% e uma latência esperada de 9.5δ, com uma complexidade de mensagem de O(n²).
A eficiência do protocolo foi melhorada ao eliminar interações desnecessárias e sobrecargas de cálculo.
2PACBIG：
É o protocolo de consenso de blockchain mais rápido, com complexidade de mensagem atual de O(n³).
O tempo de execução de uma única MVBA sem falhas é de 4δ, reduzindo drasticamente a latência.
Ultra-rápido Bloco de Pipeline
Propomos um novo design de bloco em pipeline que reduz significativamente a latência dos blocos em pipeline. Ao introduzir um mecanismo de caminho rápido, o tempo de decisão dos blocos em pipeline é até menor do que o dos blocos não em pipeline sob um escalonador justo. Este mecanismo garante a latência do caminho rápido em todas as execuções e não é afetado pelo comportamento de processos com falha.
Resultados de Quantificação
Através de análise teórica e testes práticos, a expectativa de atraso em pior caso do 2PAClean é de 9.5δ, enquanto em bom caso (sem falhas e agendador semi-justo) é de 6δ. Em comparação, a expectativa de atraso do sMVBA é de 10δ, e em bom caso é de 6δ. Assim, o 2PAClean reduziu o atraso em pior caso em 0.5δ, mantendo o mesmo atraso em bom caso. Além disso, a taxa de transferência do 2PAClean aumentou entre 80% a 100% em comparação com o sMVBA em cadeia, principalmente devido à nova concepção que evitou descartes desnecessários de blocos e sobrecarga computacional.
2PACBIG como um protocolo com complexidade de mensagem O(n³), tem um tempo de execução MVBA de 4δ, mais rápido do que todos os protocolos existentes. Além disso, o design de bloco em pipeline super-rápido permite que s2PAClean e s2PACBIG realizem tempos de decisão de bloco em pipeline de 4δ e 3δ, respectivamente, melhorando ainda mais o desempenho do protocolo.
Avaliação de Cálculo
Para validar o desempenho do novo protocolo, realizámos uma ampla avaliação computacional. Os resultados mostraram que o 2PAClean e o 2PACBIG apresentaram um desempenho excelente sob várias condições de rede, especialmente em ambientes de alta latência e alta taxa de falhas. Especificamente, o 2PAClean alcançou um bom equilíbrio entre a latência de mensagens e a complexidade computacional, enquanto o 2PACBIG conseguiu uma latência mais baixa através da paralelização e otimização do processo de votação.
Com o contínuo desenvolvimento da tecnologia Blockchain, o protocolo de consenso BFT assíncrono desempenhará um papel cada vez mais importante na garantia da segurança e na melhoria do desempenho. O design do 2PAC e dos blocos de pipeline ultrarrápido demonstra a direção futura do desenvolvimento dos protocolos de consenso Blockchain, ou seja, através da simplificação da estrutura do protocolo e da otimização do processo de consenso, alcançar uma maior capacidade de processamento e menor latência.
Direções de pesquisa futuras
A pesquisa futura pode explorar ainda mais as seguintes direções:
Protocolo de otimização: simplificar e otimizar ainda mais a estrutura do protocolo, reduzindo a comunicação e o consumo de cálculos desnecessários.
Análise de segurança: Analisar profundamente a segurança do novo protocolo em vários cenários de ataque, garantindo a sua confiabilidade em aplicações práticas.
Aplicação prática: aplicar o novo protocolo em sistemas de Blockchain reais, verificando seu desempenho em ambientes de rede reais.
Este relatório analisa detalhadamente as vantagens e desvantagens dos atuais protocolos de consenso assíncronos de Blockchain e propõe dois novos designs de protocolo, nomeadamente 2PAC e Bloco de Pipeline Ultra Rápido. Os novos designs demonstram vantagens significativas na melhoria da taxa de transferência e na redução da latência, oferecendo uma referência importante para o desenvolvimento futuro da tecnologia Blockchain. Estes novos protocolos não apenas provaram sua superioridade em teoria, mas também demonstraram desempenho excepcional em testes práticos, proporcionando novas ideias para a realização de protocolos de consenso de Blockchain eficientes e seguros.
Através de pesquisa e otimização constantes, temos razões para acreditar que a tecnologia Blockchain desempenhará um papel ainda mais importante na futura economia digital, e a nova geração de protocolos de Consenso fornecerá uma base sólida para o desenvolvimento dessa tecnologia.
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LiquidationWatcher
· 07-31 15:22
啧 Consenso velocidade é o ponto chave
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ETHReserveBank
· 07-30 00:25
Consenso eu entendo, é preciso acelerar!
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AirdropHunter007
· 07-28 20:49
Consenso resolveu, trabalho feito.
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GateUser-1a2ed0b9
· 07-28 20:39
Consenso protocolo também pode ser tão forte?
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CryptoAdventurer
· 07-28 20:37
É só enrolar e está feito, quanto mais enrolar, mais barato fica.
2PAC protocolo: implementar um consenso de blockchain assíncrono mais rápido e eficiente
Últimos avanços e aplicações do protocolo de consenso Blockchain
A tecnologia Blockchain, como uma tecnologia de livro-razão distribuído e descentralizado, garante a integridade e a consistência dos dados através de mecanismos de consenso. O mecanismo de consenso é o núcleo do sistema Blockchain, e seu desempenho afeta diretamente a escalabilidade e a segurança da Blockchain. O mecanismo de consenso de Tolerância a Falhas Bizantinas Assíncronas (BFT) possui vantagens únicas ao lidar com latência de rede e falhas de nós, tornando-se o foco da pesquisa.
Este relatório explora o estado atual do desenvolvimento dos protocolos de consenso de Blockchain, com foco na análise dos mais recentes avanços no protocolo de replicação de máquinas de estado tolerantes a falhas bizantinas assíncronas (BFT SMR). O protocolo assíncrono mais rápido atualmente é o 2-chain VABA, mas devido a suas vulnerabilidades, a latência esperada de 9.5δ não foi alcançada. Assim, o sMVBA tornou-se o protocolo assíncrono MVBA mais rápido, com uma latência esperada de 10δ. O relatório também apresenta dois novos designs de protocolo, nomeadamente 2PAC (consenso assíncrono de 2 fases) e Blocos de Pipeline Super Rápidos, demonstrando melhorias significativas em termos de throughput e latência.
Modelos e Definições
No modelo BFT assíncrono, o sistema é composto por n = 3f + 1 processos, onde f processos podem ser maliciosamente comprometidos pelo oponente. Esses processos comunicam-se entre si através de canais assíncronos, e o atraso na entrega das mensagens é controlado pelo oponente. Cada processo possui um par de chaves pública e privada para assinatura e verificação, garantindo a autenticidade e integridade das mensagens.
Blockchain Consenso
O protocolo de consenso da blockchain tem como objetivo garantir que todos os nós honestos cheguem a um acordo sobre o estado da blockchain. Especificamente, cada nó recebe continuamente novas transações e as agrupa em blocos, assegurando por meio do protocolo de consenso que esses blocos sejam acordados em todos os nós honestos. O protocolo de consenso da blockchain precisa atender aos seguintes requisitos básicos:
Desafios atuais do protocolo de consenso assíncrono
O protocolo de consenso assíncrono mais rápido atualmente é o 2-chain VABA, cuja latência esperada é de 9.5δ. No entanto, descobrimos que este protocolo possui várias formas de ataque que comprometem sua consistência e vitalidade. Por exemplo, ataques que exploram a falta de verificação de autenticação, ataques que obstruem a vitalidade utilizando estratégias de elevação e ataques de consistência resultantes da definição relaxada de autenticação de líderes, entre outros. Embora o 2-chain VABA tenha introduzido alguns novos mecanismos, como a execução paralela de várias instâncias, ainda não conseguiu resolver completamente esses problemas.
Novo protocolo de design: 2PAC (Consenso assíncrono em 2 fases)
Baseando-se na análise dos protocolos existentes, propusemos o protocolo 2PAC. Este protocolo melhora significativamente o desempenho ao simplificar e otimizar o processo de consenso. Isso inclui duas variantes específicas:
2PAClean：
2PACBIG：
Ultra-rápido Bloco de Pipeline
Propomos um novo design de bloco em pipeline que reduz significativamente a latência dos blocos em pipeline. Ao introduzir um mecanismo de caminho rápido, o tempo de decisão dos blocos em pipeline é até menor do que o dos blocos não em pipeline sob um escalonador justo. Este mecanismo garante a latência do caminho rápido em todas as execuções e não é afetado pelo comportamento de processos com falha.
Resultados de Quantificação
Através de análise teórica e testes práticos, a expectativa de atraso em pior caso do 2PAClean é de 9.5δ, enquanto em bom caso (sem falhas e agendador semi-justo) é de 6δ. Em comparação, a expectativa de atraso do sMVBA é de 10δ, e em bom caso é de 6δ. Assim, o 2PAClean reduziu o atraso em pior caso em 0.5δ, mantendo o mesmo atraso em bom caso. Além disso, a taxa de transferência do 2PAClean aumentou entre 80% a 100% em comparação com o sMVBA em cadeia, principalmente devido à nova concepção que evitou descartes desnecessários de blocos e sobrecarga computacional.
2PACBIG como um protocolo com complexidade de mensagem O(n³), tem um tempo de execução MVBA de 4δ, mais rápido do que todos os protocolos existentes. Além disso, o design de bloco em pipeline super-rápido permite que s2PAClean e s2PACBIG realizem tempos de decisão de bloco em pipeline de 4δ e 3δ, respectivamente, melhorando ainda mais o desempenho do protocolo.
Avaliação de Cálculo
Para validar o desempenho do novo protocolo, realizámos uma ampla avaliação computacional. Os resultados mostraram que o 2PAClean e o 2PACBIG apresentaram um desempenho excelente sob várias condições de rede, especialmente em ambientes de alta latência e alta taxa de falhas. Especificamente, o 2PAClean alcançou um bom equilíbrio entre a latência de mensagens e a complexidade computacional, enquanto o 2PACBIG conseguiu uma latência mais baixa através da paralelização e otimização do processo de votação.
Com o contínuo desenvolvimento da tecnologia Blockchain, o protocolo de consenso BFT assíncrono desempenhará um papel cada vez mais importante na garantia da segurança e na melhoria do desempenho. O design do 2PAC e dos blocos de pipeline ultrarrápido demonstra a direção futura do desenvolvimento dos protocolos de consenso Blockchain, ou seja, através da simplificação da estrutura do protocolo e da otimização do processo de consenso, alcançar uma maior capacidade de processamento e menor latência.
Direções de pesquisa futuras
A pesquisa futura pode explorar ainda mais as seguintes direções:
Protocolo de otimização: simplificar e otimizar ainda mais a estrutura do protocolo, reduzindo a comunicação e o consumo de cálculos desnecessários.
Análise de segurança: Analisar profundamente a segurança do novo protocolo em vários cenários de ataque, garantindo a sua confiabilidade em aplicações práticas.
Aplicação prática: aplicar o novo protocolo em sistemas de Blockchain reais, verificando seu desempenho em ambientes de rede reais.
Este relatório analisa detalhadamente as vantagens e desvantagens dos atuais protocolos de consenso assíncronos de Blockchain e propõe dois novos designs de protocolo, nomeadamente 2PAC e Bloco de Pipeline Ultra Rápido. Os novos designs demonstram vantagens significativas na melhoria da taxa de transferência e na redução da latência, oferecendo uma referência importante para o desenvolvimento futuro da tecnologia Blockchain. Estes novos protocolos não apenas provaram sua superioridade em teoria, mas também demonstraram desempenho excepcional em testes práticos, proporcionando novas ideias para a realização de protocolos de consenso de Blockchain eficientes e seguros.
Através de pesquisa e otimização constantes, temos razões para acreditar que a tecnologia Blockchain desempenhará um papel ainda mais importante na futura economia digital, e a nova geração de protocolos de Consenso fornecerá uma base sólida para o desenvolvimento dessa tecnologia.