Dernières avancées et applications du protocole de consensus Blockchain

La technologie Blockchain, en tant que représentant de la technologie de registre distribué décentralisé, repose sur le mécanisme de consensus. La performance du mécanisme de consensus affecte directement l'évolutivité et la sécurité des systèmes Blockchain. Ce rapport se concentre sur les derniers développements du protocole de réplication d'état tolérant aux fautes Byzantines asynchrone (BFT SMR) et propose deux conceptions de protocole innovantes.

Aperçu du modèle BFT asynchrone

Dans le modèle BFT asynchrone, le système est composé de 3f+1 processus, dont f peuvent être compromis de manière malveillante. Les processus communiquent par des canaux asynchrones, avec des délais de transmission de messages imprévisibles. Chaque processus possède une paire de clés publiques et privées pour garantir l'authenticité et l'intégrité des messages.

Exigences fondamentales du protocole de consensus Blockchain

Le protocole de consensus Blockchain doit répondre aux exigences clés suivantes :

1. Activité : Il existe une blockchain décidée d'une longueur infinie dans une exécution infinie.
2. Cohérence : Si deux blockchains décidées existent, l'une d'elles doit être le préfixe de l'autre.
3. Qualité P : Il a été décidé que dans le Blockchain, la proportion de transactions saisies par des nœuds honnêtes doit être d'au moins p.

Les défis des protocoles de consensus asynchrones existants

Actuellement, sMVBA est le protocole MVBA asynchrone le plus rapide, avec une latence prévue de 10δ. L'ancien protocole 2-chain VABA, qui prétendait avoir une latence de 9.5δ, présente plusieurs vulnérabilités de sécurité, notamment :

• Attaque due à un manque de vérification des certifications
• Utiliser des stratégies d'amélioration pour entraver les attaques d'activité.
• Les problèmes de consensus résultant de l'assouplissement de la définition de la certification des leaders

Nouvelle conception de protocole : 2PAC (Consensus asynchrone en 2 étapes)

Sur la base de l'analyse des protocoles existants, nous avons proposé deux variantes du protocole 2PAC :

2PAClean

• Réalisation de +90% de débit et d'un délai prévu de 9,5δ
• La complexité des messages est O(n²)
• En optimisant le processus de consensus, l'efficacité a été considérablement améliorée.

2PACBIG

• La complexité actuelle des messages est de O(n³) du protocole de consensus Blockchain le plus rapide.
• En l'absence de pannes, le temps d'exécution d'un MVBA unique est de seulement 4δ

Super pipeline Blockchain

Nous avons également proposé un design de bloc de pipeline innovant, réduisant considérablement le délai de décision :

• Introduire un mécanisme de chemin rapide, sous un ordonnanceur équitable, le temps de décision des blocs en pipeline est même inférieur à celui des blocs non en pipeline.
• Tous les exécutables peuvent garantir un délai de chemin rapide, sans être affectés par des processus défaillants.

Évaluation des performances

Grâce à une analyse théorique et à des tests pratiques, le nouveau protocole présente des avantages significatifs :

• 2PAClean : retard prévu en cas de pire scénario de 9,5δ, en cas de bon scénario de 6δ
• 2PACBIG : Temps d'exécution unique MVBA 4δ, en tête de tous les protocoles existants
• Conception de pipeline ultra-rapide : s2PAClean et s2PACBIG réalisent respectivement des temps de décision de bloc de 4δ et 3δ.

Calculer les résultats d'évaluation

Une vaste évaluation des calculs indique que 2PAClean et 2PACBIG ont des performances excellentes dans diverses conditions réseau :

• 2PAClean atteint un bon équilibre entre la latence de messagerie et la complexité de calcul.
• 2PACBIG parvient à réaliser une latence plus faible grâce à la parallélisation et à l'optimisation du processus de vote.

Directions de recherche futures

1. 进一步简化和优化 protocole 结构
2. Analyser en profondeur la sécurité du nouveau protocole dans divers scénarios d'attaque
3. Appliquer le nouveau protocole au système Blockchain réel, vérifier la performance dans un environnement réseau réel.

Conclusion

2PAC et la conception de blocs à pipeline ultra-rapide montrent la direction future du développement des protocoles de consensus de la blockchain. En simplifiant la structure des protocoles et en optimisant le processus de consensus, ces nouveaux protocoles montrent des avantages significatifs en matière d'augmentation du débit et de réduction de la latence. Avec l'approfondissement de la recherche et l'optimisation continue des technologies, la nouvelle génération de protocoles de consensus jettera des bases solides pour l'application large de la technologie blockchain dans l'économie numérique.