أحدث التطورات والتطبيقات لبروتوكول إجماع البلوكتشين

تعتبر تقنية البلوكتشين كممثل لتقنية دفتر الأستاذ الموزع غير المركزي، حيث يكمن جوهرها في بروتوكول الإجماع. يؤثر أداء بروتوكول الإجماع بشكل مباشر على قابلية توسيع نظام البلوكتشين وأمانه. يركز هذا التقرير على أحدث التطورات في بروتوكول النسخ الآلي لمتطلبات البيزنطية غير المتزامنة (BFT SMR)، ويقدم تصميمين مبتكرين للبروتوكول.

نظرة عامة على نموذج BFT غير المتزامن

في نموذج BFT غير المتزامن، يتكون النظام من 3f+1 عملية، حيث يمكن أن يكون f منها مدمرة بشكل خبيث. تتواصل العمليات عبر قنوات غير متزامنة، حيث أن تأخير نقل الرسائل غير قابل للتنبؤ. تمتلك كل عملية زوجًا من المفاتيح العامة والخاصة لضمان صحة الرسائل وسلامتها.

المتطلبات الأساسية لبروتوكول الإجماع في البلوكتشين

البلوكتشين الإجماع بروتوكول يحتاج إلى تلبية المتطلبات الرئيسية التالية:

1. النشاط: في التنفيذ اللامحدود، توجد سلسلة كتلة غير محدودة تم اتخاذ قرار بشأنها.
2. التوافقية: إذا كان هناك سلسلتان من البلوكتشين تم تحديدهما، يجب أن تكون واحدة منهما سابقة للأخرى.
3. جودة P: تم تحديد أنه في البلوكتشين، يجب أن تمثل المعاملات المدخلة من قبل العقد الصادقة على الأقل نسبة p.

تحديات بروتوكولات الإجماع غير المتزامنة الحالية

حالياً، يُعتبر sMVBA أسرع بروتوكول MVBA غير المتزامن، مع تأخير متوقع يبلغ 10δ. كان يُعتقد أن بروتوكول 2-chain VABA هو الأسرع (يدعي تأخيراً قدره 9.5δ) لكنه يحتوي على عدة ثغرات أمنية، بما في ذلك:

• الهجمات الناتجة عن نقص فحص الشهادات
• استخدام استراتيجيات التعزيز لمهاجمة النشاط
• قضايا الإجماع الناجمة عن تخفيف تعريف اعتماد القادة

تصميم البروتوكول الجديد: 2PAC (الإجماع غير المتزامن من مرحلتين)

استنادًا إلى تحليل البروتوكولات الحالية، قدمنا نوعين من متغيرات بروتوكول 2PAC:

2PAClean

• حققنا أكثر من 90% من القدرة الإنتاجية و9.5δ من التأخير المتوقع
• تعقيد الرسالة هو O(n²)
• من خلال تحسين عملية الإجماع، تم زيادة الكفاءة بشكل ملحوظ

2PACBIG

• 目前消息复杂度为O(n³)的最快 كتلة الإجماع بروتوكول
• في حالة عدم وجود أعطال، وقت تشغيل MVBA لمرة واحدة هو 4δ

خط أنابيب كتلة فائق السرعة

لقد قدمنا أيضًا تصميم كتلة خط أنابيب مبتكر يقلل بشكل كبير من تأخير القرار:

• إدخال آلية المسار السريع، تحت جدولة عادلة، فإن وقت اتخاذ قرار كتلة التدفق قد يكون أقل حتى من كتلة غير التدفق.
• يمكن ضمان تأخير المسار السريع في جميع العمليات الجارية، دون التأثر بعمليات الفشل.

تقييم الأداء

من خلال التحليل النظري والاختبارات العملية، أظهر البروتوكول الجديد مزايا ملحوظة:

• 2PAClean: أسوأ حالة متوقعة تأخير 9.5δ، حالة جيدة 6δ
• 2PACBIG: وقت تشغيل MVBA الواحد 4δ، يتفوق على جميع البروتوكولات الحالية
• تصميم خط أنابيب فائق السرعة: s2PAClean و s2PACBIG يحققان أوقات قرار كتلة خط أنابيب تبلغ 4δ و 3δ على التوالي

نتائج التقييم الحسابي

تشير التقييمات الحسابية الواسعة إلى أن 2PAClean و 2PACBIG تؤديان أداءً ممتازًا في ظروف الشبكة المتنوعة:

• 2PAClean يحقق توازنًا جيدًا بين تأخير الرسائل وتعقيد الحساب
• 2PACBIG من خلال توازي وتحسين عملية التصويت، حقق تأخيرًا أقل

اتجاهات البحث المستقبلية

1. تبسيط وتحسين هيكل البروتوكول بشكل أكبر
2. تحليل متعمق لأمان البروتوكول الجديد في سيناريوهات الهجوم المختلفة
3. تطبيق البروتوكول الجديد على أنظمة البلوكتشين الفعلية، للتحقق من أداء بيئة الشبكة الحقيقية

الاستنتاج

عرض تصميم كتلة 2PAC وخط الإنتاج السريع للغاية اتجاهات التطوير المستقبلية لبروتوكول الإجماع في البلوكتشين. من خلال تبسيط هيكل البروتوكول وتحسين عملية الإجماع، تظهر هذه البروتوكولات الجديدة مزايا ملحوظة في زيادة القدرة على المعالجة وتقليل التأخير. مع تعمق الأبحاث والتحسين المستمر للتكنولوجيا، ستؤسس بروتوكولات الإجماع من الجيل الجديد قاعدة صلبة للاستخدام الواسع لتكنولوجيا البلوكتشين في الاقتصاد الرقمي.