Останні досягнення та застосування протоколу консенсусу Блокчейн
Блокчейн технологія як форма децентралізованої розподіленої бухгалтерської технології, через механізм консенсусу забезпечує цілісність та узгодженість даних. Механізм консенсусу є основою Блокчейн системи, його продуктивність безпосередньо впливає на масштабованість та безпеку Блокчейн. Асинхронний візантійський відмовостійкий (BFT) механізм консенсусу має унікальні переваги в боротьбі з затримками в мережі та частковими відмовами вузлів, тому став об'єктом досліджень.
Цей звіт досліджує сучасний стан розвитку протоколів консенсусу Блокчейн, зосереджуючи увагу на останніх досягненнях протоколу асинхронного байєзентинського толерантного до відмов стану машини (BFT SMR). Наразі найшвидшим асинхронним протоколом є 2-chain VABA, але через наявність уразливостей його очікувана затримка 9.5δ не була досягнута. Тому sMVBA став наразі найшвидшим асинхронним MVBA протоколом з очікуваною затримкою 10δ. Звіт також пропонує два нові проєктування протоколів, а саме 2PAC (асинхронний консенсус у 2 етапи) та надшвидку конвеєрну блокчейну, що демонструє значні покращення в пропускній здатності та затримці.
Моделі та визначення
У моделі асинхронного BFT система складається з n = 3f + 1 процесів, де f процесів можуть бути навмисно знищені супротивником. Ці процеси спілкуються між собою через асинхронні канали, затримка передачі повідомлень контролюється супротивником. Кожен процес має пару публічного та приватного ключів для підпису та перевірки, що забезпечує справжність та цілісність повідомлень.
Блокчейн Консенсус
Блокчейн Консенсус прото́кол має на меті досягти згоди між усіма чесними вузлами щодо стану Блока. Конкретно, кожен вузол постійно отримує нові транзакції та упаковує їх у блоки, через Консенсус протокол забезпечуючи досягнення узгодженості цих блоків на всіх чесних вузлах. Блокчейн Консенсус протокол має відповідати кільком 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): у вже визначеному Блокчейн, частка транзакцій, введених чесними вузлами, становить щонайменше p.
Наразі найшвидшим асинхронним протоколом консенсусу є 2-chain VABA, очікувана затримка якого становить 9.5δ. Проте ми виявили, що цей протокол має кілька способів атаки, які порушують його узгодженість і активність. Наприклад, атаки, спричинені відсутністю перевірки автентичності, атаки, що використовують стратегії підвищення для перешкоджання активності, а також атаки на узгодженість, спричинені послабленням визначення автентичності лідера. Хоча 2-chain VABA вводить деякі нові механізми, такі як паралельна робота кількох паралельних інстанцій, ці проблеми все ще не були повністю вирішені.
Новий дизайн протоколу: 2PAC (2-фазний асинхронний консенсус)
На основі аналізу існуючого протоколу ми запропонували протокол 2PAC. Цей протокол значно підвищує продуктивність шляхом спрощення та оптимізації процесу консенсусу. Зокрема, він включає два варіанти:
2PAClean:
Реалізовано +90% пропускної здатності та очікувана затримка 9.5δ, складність повідомлення O(n²).
Підвищено ефективність протоколу шляхом усунення непотрібних взаємодій та обчислювальних витрат.
2PACBIG:
Це найшвидший протокол консенсусу блокчейну з поточною складністю повідомлень O(n³).
Безвідмовний час одноразового виконання MVBA становить 4δ, що значно знижує затримку.
Надшвидкий конвейерний Блок
Ми запропонували новий дизайн конвеєрних блоків, який значно зменшує затримки конвеєрних блоків. Завдяки впровадженню механізму швидкого шляху, у рамках справедливого планувальника, час прийняття рішень конвеєрних блоків навіть менший, ніж у не конвеєрних блоків. Цей механізм гарантує затримку швидкого шляху у всіх виконаннях і не підлягає впливу поведінки несправних процесів.
Результати кількісного аналізу
Через теоретичний аналіз і практичні випробування, 2PAClean в найгіршому випадку має очікувану затримку 9.5δ, а в хорошому випадку (без відмов і напівсправедливий планувальник) - 6δ. У порівнянні, sMVBA має очікувану затримку 10δ, в хорошому випадку - 6δ. Таким чином, 2PAClean зменшив найгіршу затримку на 0.5δ при збереженні такої ж затримки в хорошому випадку. Крім того, пропускна здатність 2PAClean у порівнянні з ланцюговим sMVBA зросла на 80% до 100%, головним чином завдяки новому дизайну, який уникає непотрібного скидання блоків і обчислювальних витрат.
2PACBIG як протокол з складністю повідомлення O(n³), має час виконання MVBA за один раз 4δ, що швидше за всі існуючі протоколи. Крім того, супершвидкий дизайн конвеєрних блоків дозволяє s2PAClean і s2PACBIG досягати часу прийняття рішень конвеєрних блоків 4δ і 3δ відповідно, що ще більше підвищує продуктивність протоколу.
Обчислення оцінки
Щоб перевірити продуктивність нового протоколу, ми провели широкі обчислювальні оцінки. Результати показали, що 2PAClean і 2PACBIG демонструють відмінну продуктивність за різних мережевих умов, особливо в середовищах з високою затримкою та високою частотою відмов. Зокрема, 2PAClean досягає хорошого балансу між затримкою передачі повідомлень і обчислювальною складністю, тоді як 2PACBIG забезпечує нижчу затримку завдяки паралелізації та оптимізації процесу голосування.
З розвитком технології Блокчейн асинхронний консенсус-протокол BFT відіграватиме все більш важливу роль у забезпеченні безпеки та підвищенні продуктивності. Дизайн 2PAC та надшвидких конвеєрних блоків демонструє напрямок розвитку майбутніх консенсус-протоколів Блокчейн, а саме шляхом спрощення структури протоколу та оптимізації процесу консенсусу досягнення вищої пропускної здатності та нижчої затримки.
Майбутні напрямки досліджень
Майбутні дослідження можуть додатково дослідити такі напрямки:
Оптимізація протоколу: подальше спрощення та оптимізація структури протоколу, зменшення непотрібної передачі повідомлень та витрат на обчислення.
Аналіз безпеки: глибокий аналіз нових протоколів у різних сценаріях атак, щоб забезпечити їх надійність у реальному застосуванні.
Фактичне застосування: впровадження нового протоколу в реальні системи Блокчейн, перевірка його продуктивності в реальному мережевому середовищі.
Цей звіт детально аналізує переваги та недоліки поточних асинхронних Блокчейн Консенсус протоколів і пропонує два нових дизайни протоколів, а саме 2PAC та надшвидку конвеєрну Блок. Нові дизайни демонструють значні переваги в підвищенні пропускної здатності та зменшенні затримки, що забезпечує важливі рекомендації для майбутнього розвитку Блокчейн технологій. Ці нові протоколи не лише теоретично довели свою перевагу, але й продемонстрували видатну продуктивність у практичних випробуваннях, відкриваючи нові підходи для досягнення ефективних і безпечних Блокчейн Консенсус протоколів.
Через постійні дослідження та оптимізацію ми маємо підстави вірити, що технологія Блокчейн відіграватиме ще більш важливу роль у майбутній цифровій економіці, а нове покоління протоколів консенсусу забезпечить надійну 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.
14 лайків
Нагородити
14
7
Поділіться
Прокоментувати
0/400
LiquidationWatcher
· 07-31 15:22
Цик Консенсус швидкість є ключовим моментом
Переглянути оригіналвідповісти на0
ETHReserveBank
· 07-30 00:25
Консенсус я розумію, потрібно пришвидшити!
Переглянути оригіналвідповісти на0
AirdropHunter007
· 07-28 20:49
Консенсус вирішив. Працюємо.
Переглянути оригіналвідповісти на0
GateUser-1a2ed0b9
· 07-28 20:39
Консенсус протокол також може бути таким сильним?
Переглянути оригіналвідповісти на0
CryptoAdventurer
· 07-28 20:37
Просто завертайте, чим більше завертаєте, тим дешевше.
2PAC протокол: реалізація швидшого та ефективнішого асинхронного Блокчейн Консенсусу
Останні досягнення та застосування протоколу консенсусу Блокчейн
Блокчейн технологія як форма децентралізованої розподіленої бухгалтерської технології, через механізм консенсусу забезпечує цілісність та узгодженість даних. Механізм консенсусу є основою Блокчейн системи, його продуктивність безпосередньо впливає на масштабованість та безпеку Блокчейн. Асинхронний візантійський відмовостійкий (BFT) механізм консенсусу має унікальні переваги в боротьбі з затримками в мережі та частковими відмовами вузлів, тому став об'єктом досліджень.
Цей звіт досліджує сучасний стан розвитку протоколів консенсусу Блокчейн, зосереджуючи увагу на останніх досягненнях протоколу асинхронного байєзентинського толерантного до відмов стану машини (BFT SMR). Наразі найшвидшим асинхронним протоколом є 2-chain VABA, але через наявність уразливостей його очікувана затримка 9.5δ не була досягнута. Тому sMVBA став наразі найшвидшим асинхронним MVBA протоколом з очікуваною затримкою 10δ. Звіт також пропонує два нові проєктування протоколів, а саме 2PAC (асинхронний консенсус у 2 етапи) та надшвидку конвеєрну блокчейну, що демонструє значні покращення в пропускній здатності та затримці.
Моделі та визначення
У моделі асинхронного BFT система складається з n = 3f + 1 процесів, де f процесів можуть бути навмисно знищені супротивником. Ці процеси спілкуються між собою через асинхронні канали, затримка передачі повідомлень контролюється супротивником. Кожен процес має пару публічного та приватного ключів для підпису та перевірки, що забезпечує справжність та цілісність повідомлень.
Блокчейн Консенсус
Блокчейн Консенсус прото́кол має на меті досягти згоди між усіма чесними вузлами щодо стану Блока. Конкретно, кожен вузол постійно отримує нові транзакції та упаковує їх у блоки, через Консенсус протокол забезпечуючи досягнення узгодженості цих блоків на всіх чесних вузлах. Блокчейн Консенсус протокол має відповідати кільком основним вимогам:
Виклики поточного асинхронного консенсус-протоколу
Наразі найшвидшим асинхронним протоколом консенсусу є 2-chain VABA, очікувана затримка якого становить 9.5δ. Проте ми виявили, що цей протокол має кілька способів атаки, які порушують його узгодженість і активність. Наприклад, атаки, спричинені відсутністю перевірки автентичності, атаки, що використовують стратегії підвищення для перешкоджання активності, а також атаки на узгодженість, спричинені послабленням визначення автентичності лідера. Хоча 2-chain VABA вводить деякі нові механізми, такі як паралельна робота кількох паралельних інстанцій, ці проблеми все ще не були повністю вирішені.
Новий дизайн протоколу: 2PAC (2-фазний асинхронний консенсус)
На основі аналізу існуючого протоколу ми запропонували протокол 2PAC. Цей протокол значно підвищує продуктивність шляхом спрощення та оптимізації процесу консенсусу. Зокрема, він включає два варіанти:
2PAClean:
2PACBIG:
Надшвидкий конвейерний Блок
Ми запропонували новий дизайн конвеєрних блоків, який значно зменшує затримки конвеєрних блоків. Завдяки впровадженню механізму швидкого шляху, у рамках справедливого планувальника, час прийняття рішень конвеєрних блоків навіть менший, ніж у не конвеєрних блоків. Цей механізм гарантує затримку швидкого шляху у всіх виконаннях і не підлягає впливу поведінки несправних процесів.
Результати кількісного аналізу
Через теоретичний аналіз і практичні випробування, 2PAClean в найгіршому випадку має очікувану затримку 9.5δ, а в хорошому випадку (без відмов і напівсправедливий планувальник) - 6δ. У порівнянні, sMVBA має очікувану затримку 10δ, в хорошому випадку - 6δ. Таким чином, 2PAClean зменшив найгіршу затримку на 0.5δ при збереженні такої ж затримки в хорошому випадку. Крім того, пропускна здатність 2PAClean у порівнянні з ланцюговим sMVBA зросла на 80% до 100%, головним чином завдяки новому дизайну, який уникає непотрібного скидання блоків і обчислювальних витрат.
2PACBIG як протокол з складністю повідомлення O(n³), має час виконання MVBA за один раз 4δ, що швидше за всі існуючі протоколи. Крім того, супершвидкий дизайн конвеєрних блоків дозволяє s2PAClean і s2PACBIG досягати часу прийняття рішень конвеєрних блоків 4δ і 3δ відповідно, що ще більше підвищує продуктивність протоколу.
Обчислення оцінки
Щоб перевірити продуктивність нового протоколу, ми провели широкі обчислювальні оцінки. Результати показали, що 2PAClean і 2PACBIG демонструють відмінну продуктивність за різних мережевих умов, особливо в середовищах з високою затримкою та високою частотою відмов. Зокрема, 2PAClean досягає хорошого балансу між затримкою передачі повідомлень і обчислювальною складністю, тоді як 2PACBIG забезпечує нижчу затримку завдяки паралелізації та оптимізації процесу голосування.
З розвитком технології Блокчейн асинхронний консенсус-протокол BFT відіграватиме все більш важливу роль у забезпеченні безпеки та підвищенні продуктивності. Дизайн 2PAC та надшвидких конвеєрних блоків демонструє напрямок розвитку майбутніх консенсус-протоколів Блокчейн, а саме шляхом спрощення структури протоколу та оптимізації процесу консенсусу досягнення вищої пропускної здатності та нижчої затримки.
Майбутні напрямки досліджень
Майбутні дослідження можуть додатково дослідити такі напрямки:
Оптимізація протоколу: подальше спрощення та оптимізація структури протоколу, зменшення непотрібної передачі повідомлень та витрат на обчислення.
Аналіз безпеки: глибокий аналіз нових протоколів у різних сценаріях атак, щоб забезпечити їх надійність у реальному застосуванні.
Фактичне застосування: впровадження нового протоколу в реальні системи Блокчейн, перевірка його продуктивності в реальному мережевому середовищі.
Цей звіт детально аналізує переваги та недоліки поточних асинхронних Блокчейн Консенсус протоколів і пропонує два нових дизайни протоколів, а саме 2PAC та надшвидку конвеєрну Блок. Нові дизайни демонструють значні переваги в підвищенні пропускної здатності та зменшенні затримки, що забезпечує важливі рекомендації для майбутнього розвитку Блокчейн технологій. Ці нові протоколи не лише теоретично довели свою перевагу, але й продемонстрували видатну продуктивність у практичних випробуваннях, відкриваючи нові підходи для досягнення ефективних і безпечних Блокчейн Консенсус протоколів.
Через постійні дослідження та оптимізацію ми маємо підстави вірити, що технологія Блокчейн відіграватиме ще більш важливу роль у майбутній цифровій економіці, а нове покоління протоколів консенсусу забезпечить надійну основу для розвитку цієї технології.