Últimos avances y aplicaciones del protocolo de consenso de la cadena de bloques

La tecnología de cadena de bloques, como representante de la tecnología de libro mayor distribuido y descentralizado, tiene su núcleo en el mecanismo de consenso. El rendimiento del mecanismo de consenso afecta directamente la escalabilidad y la seguridad de la cadena de bloques. Recientemente, el mecanismo de consenso de tolerancia a fallos bizantinos asíncrono (BFT) se ha convertido en un punto focal de investigación debido a sus ventajas en la gestión de la latencia de la red y la falla de algunos nodos.

Antecedentes de la investigación

En el modelo BFT asíncrono, el sistema consta de n = 3f + 1 procesos, donde f procesos pueden ser comprometidos maliciosamente. Los procesos se comunican a través de canales asíncronos, y la latencia de los mensajes es impredecible. Cada proceso tiene un par de claves públicas y privadas, que se utilizan para garantizar la autenticidad y la integridad de los mensajes.

El objetivo del protocolo de consenso de la cadena de bloques es lograr que todos los nodos honestos lleguen a un acuerdo sobre el estado de la cadena de bloques. El protocolo debe cumplir con los siguientes requisitos:

1. Activo: existe una cadena de bloques decidida de longitud infinita.
2. Consistencia: La cadena de bloques decidida debe ser un prefijo mutuo.
3. Calidad: Se ha decidido que la proporción de transacciones ingresadas por nodos honestos en la Cadena de bloques no sea inferior a un umbral específico.

Desafío actual

El protocolo de consenso asíncrono más rápido en la actualidad, 2-chain VABA, afirma tener una latencia esperada de 9.5δ, pero los estudios han encontrado múltiples vulnerabilidades de seguridad que podrían comprometer la consistencia y la actividad. A pesar de que el protocolo introduce algunos mecanismos innovadores, como la ejecución paralela de múltiples instancias, aún no ha logrado resolver completamente estos problemas.

Nuevo diseño de protocolo

2PAC (2 fases de consenso asíncrono)

Basado en el análisis de los protocolos existentes, los investigadores propusieron el protocolo 2PAC, que incluye dos variantes:

1. 2PAClean：

   • Aumento del rendimiento del 90%, latencia esperada de 9.5δ, complejidad del mensaje O(n²).
   • Aumentar la eficiencia mediante la optimización del proceso de consenso.

2. 2PACBIG：

   • El protocolo de consenso de cadena de bloques más rápido bajo la complejidad O(n³).
   • El tiempo de ejecución de una sola MVBA es de solo 4δ.

Súper rápida línea de Bloquear

Este nuevo diseño reduce significativamente la latencia de los bloques en línea. Tras la introducción del mecanismo de ruta rápida, bajo un programador justo, el tiempo de decisión de los bloques en línea podría ser incluso menor que el de los bloques no en línea. Este mecanismo garantiza la latencia de la ruta rápida en todas las ejecuciones y no se ve afectado por procesos fallidos.

Evaluación del rendimiento

El análisis teórico y las pruebas prácticas indican:

• 2PAClean la peor expectativa de retraso es de 9.5δ, mientras que en buena situación es de 6δ.
• 2PAClean tiene un rendimiento de 80%-100% superior al sMVBA en cadena.
• 2PACBIG el tiempo de ejecución de MVBA por única vez es de 4δ, superior a todos los protocolos existentes.
• El diseño de línea de producción ultrarrápido permite que s2PAClean y s2PACBIG logren tiempos de decisión de bloques de 4δ y 3δ respectivamente.

La evaluación de cálculo muestra que la serie de protocolos 2PAC se desempeña excepcionalmente en diversas condiciones de red, especialmente en entornos de alta latencia y alta tasa de fallos. 2PAClean logra un equilibrio entre la latencia de mensajería y la complejidad computacional, mientras que 2PACBIG consigue una menor latencia a través de la paralelización y la optimización del proceso de votación.

Perspectivas futuras

Con el desarrollo de la tecnología de cadena de bloques, el protocolo de consenso BFT asíncrono desempeñará un papel importante en la mejora de la seguridad y el rendimiento. Las investigaciones futuras pueden centrarse en:

1. Protocolo optimizado aún más, reduciendo los costos de transmisión de mensajes y cálculos.
2. Analizar en profundidad la seguridad del nuevo protocolo en diversos escenarios de ataque.
3. Aplicar el nuevo protocolo a sistemas de cadena de bloques reales, verificando el rendimiento en un entorno de red real.

2PAC y el diseño de bloques de canal rápido han abierto nuevas direcciones para el protocolo de consenso de la cadena de bloques. A través de la simplificación de la estructura y la optimización de los procesos, se logra un mayor rendimiento y una menor latencia. Estas innovaciones no solo han demostrado su superioridad en teoría, sino que también han mostrado un rendimiento excepcional en pruebas prácticas, ofreciendo nuevas ideas para un protocolo de consenso de cadena de bloques eficiente y seguro.

Con el avance de la investigación y la optimización tecnológica, la Cadena de bloques se espera que juegue un papel más importante en la futura economía digital, mientras que la nueva generación de protocolos de Consenso establecerá una base sólida para el desarrollo de esta tecnología.