أحدث التطورات والتطبيقات لبروتوكول إجماع البلوكتشين

تعتبر تقنية البلوكتشين كنموذج لتقنية دفتر الأستاذ الموزع غير المركزي، حيث تكمن جوهرها في آلية الإجماع. تؤثر أداء آلية الإجماع بشكل مباشر على قابلية توسيع البلوكتشين وأمانه. مؤخرًا، أصبحت آلية الإجماع التي تعتمد على التسامح مع أخطاء بيزنطية غير متزامنة (BFT) محور اهتمام البحث بفضل مزاياها في مواجهة تأخيرات الشبكة وفشل بعض العقد.

خلفية البحث

في نموذج BFT غير المتزامن، يتكون النظام من n = 3f + 1 عملية، حيث يمكن أن تتعرض f عملية للتدمير الخبيث. تتواصل العمليات عبر قنوات غير متزامنة، وتأخير نقل الرسائل غير قابل للتنبؤ. تمتلك كل عملية زوجاً من المفاتيح العامة والخاصة لضمان صحة الرسائل وسلامتها.

هدف بروتوكول الإجماع في البلوكتشين هو جعل جميع العقد الصادقة تتوصل إلى توافق بشأن حالة البلوكتشين. يجب على البروتوكول تلبية المتطلبات التالية:

1. النشاط: يوجد بلوكتشين محدد غير محدود.
2. الاتساق: يجب أن تكون البلوكتشين التي تم اتخاذ قرار بشأنها متسلسلة.
3. الجودة: تم تحديد أن نسبة المعاملات المدخلة من العقد الصادقة في البلوكتشين لا تقل عن حد معين.

التحديات الحالية

تدعي بروتوكول الإجماع غير المتزامن الأسرع حالياً 2-chain VABA أن التأخير المتوقع هو 9.5δ، ولكن البحث أظهر وجود عدة ثغرات أمنية قد تؤدي إلى تدمير التناسق والنشاط. على الرغم من أن البروتوكول قد قدم بعض الآليات الجديدة مثل التشغيل المتوازي لعدة حالات، إلا أنه لم يتمكن بعد من حل هذه المشكلات بشكل كامل.

تصميم بروتوكول جديد

2PAC (إجماع غير متزامن على مرحلتين)

استنادًا إلى تحليل البروتوكولات الحالية، قدم الباحثون بروتوكول 2PAC، الذي يتضمن نوعين مختلفين:

1. 2PAClean:

   • تحسين السعة بنسبة 90%، التأخير المتوقع 9.5δ، تعقيد الرسالة O(n²).
   • تحسين الكفاءة من خلال تحسين عملية الإجماع.

2. 2PACBIG:

   • أسرع بروتوكول للإجماع على البلوكتشين تحت تعقيد O(n³) الحالي.
   • زمن تشغيل MVBA مرة واحدة هو فقط 4δ.

超快速流水线 كتلة

هذا التصميم الجديد يقلل بشكل كبير من تأخير كتل خط الأنابيب. بعد إدخال آلية المسار السريع، قد يكون وقت اتخاذ القرار لكتل خط الأنابيب، تحت جدولة عادلة، أقل حتى من كتل غير خط الأنابيب. تضمن هذه الآلية تأخير المسار السريع في جميع التنفيذات، ولا تتأثر بعمليات الفشل.

تقييم الأداء

التحليل النظري والاختبارات العملية تشير إلى:

• 2PAClean أسوأ حالة متوقعة تأخير 9.5δ، حالة جيدة 6δ.
• 2PAClean تزيد السعة الإنتاجية بنسبة 80%-100% مقارنة بـ sMVBA الذي يعتمد على البلوكتشين.
• وقت تشغيل 2PACBIG لمرة واحدة MVBA هو 4δ، أفضل من جميع البروتوكولات الحالية.
• تصميم خط الإنتاج فائق السرعة يجعل s2PAClean و s2PACBIG يحققان أوقات قرار كتلة بمعدل 4δ و 3δ على التوالي.

تظهر تقييمات الحساب أن بروتوكولات سلسلة 2PAC تعمل بشكل ممتاز تحت ظروف الشبكة المختلفة، خاصة في بيئات ذات تأخير عالي ومعدل فشل مرتفع. يحقق 2PAClean توازنًا بين تأخير الرسائل وتعقيد الحساب، بينما يحقق 2PACBIG انخفاضًا أكبر في التأخير من خلال توازي وتحسين عملية التصويت.

آفاق المستقبل

مع تطور تقنية البلوكتشين، سوف يلعب بروتوكول الإجماع BFT غير المتزامن دورًا هامًا في تعزيز الأمان والأداء. يمكن أن تركز الأبحاث المستقبلية على:

1. بروتوكول تم تحسينه بشكل أكبر، مما يقلل من تكاليف نقل الرسائل والحوسبة.
2. تحليل أعمق لسلامة البروتوكول الجديد في سيناريوهات الهجوم المختلفة.
3. تطبيق البروتوكول الجديد على أنظمة البلوكتشين الفعلية، والتحقق من أداء البيئة الشبكية الحقيقية.

تصميم 2PAC وخط التجميع السريع للغاية قد فتح آفاق جديدة لبروتوكول الإجماع على البلوكتشين. من خلال تبسيط الهيكل وتحسين العملية، تحقق معدلات أعلى من الإنتاجية وأقل من التأخير. هذه الابتكارات لم تثبت تفوقها نظريًا فحسب، بل أظهرت أيضًا أداءً متميزًا في الاختبارات العملية، مما يوفر أفكارًا جديدة لبروتوكول إجماع البلوكتشين الفعال والآمن.

مع تعمق الأبحاث وتحسين التقنية، من المتوقع أن تلعب البلوكتشين دورًا أكثر أهمية في الاقتصاد الرقمي المستقبلي، بينما ستضع بروتوكولات الإجماع من الجيل الجديد أساسًا قويًا لهذا التطور التكنولوجي.