Les 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. Les performances du mécanisme de Consensus influencent directement la scalabilité et la sécurité de la Blockchain. Récemment, le mécanisme de Consensus Byzantine Fault Tolerance (BFT) est devenu un sujet de recherche populaire en raison de ses avantages dans la gestion des retards réseau et des défaillances de certains nœuds.

Contexte de recherche

Dans le modèle BFT asynchrone, le système est composé de n = 3f + 1 processus, dont f peuvent être compromis de manière malveillante. Les processus communiquent via des canaux asynchrones, et le délai de transmission des messages est imprévisible. Chaque processus possède une paire de clés publique et privée, utilisée pour garantir l'authenticité et l'intégrité des messages.

L'objectif du protocole de consensus de la Blockchain est d'amener tous les nœuds honnêtes à se mettre d'accord sur l'état de la Blockchain. Le protocole doit répondre aux exigences suivantes :

1. Activité : il existe une blockchain décidée de longueur infinie.
2. Cohérence : les blockchain décidés doivent être des préfixes l'un de l'autre.
3. Qualité : Il a été décidé que la proportion de transactions inputées par des nœuds honnêtes dans le Blockchain ne sera pas inférieure à un seuil spécifique.

Défis actuels

Le protocole de consensus asynchrone 2-chain VABA, le plus rapide actuellement, prétend avoir un délai d'attente prévu de 9.5δ, mais des recherches ont révélé qu'il présentait plusieurs vulnérabilités de sécurité pouvant compromettre la cohérence et l'activité. Bien que ce protocole introduise certains mécanismes innovants, tels que l'exécution parallèle de plusieurs instances, il n'a pas encore réussi à résoudre complètement ces problèmes.

Nouveau protocole de conception

2PAC (Consensus asynchrone en 2 étapes)

Sur la base de l'analyse des protocoles existants, les chercheurs ont proposé le protocole 2PAC, qui comprend deux variantes :

1. 2PAClean :

   • Amélioration du débit de 90 %, latence prévue de 9,5δ, complexité du message O(n²).
   • Améliorer l'efficacité en optimisant le processus de consensus.

2. 2PACBIG：

   • Le protocole de consensus Blockchain le plus rapide sous la complexité O(n³).
   • Le temps d'exécution d'un MVBA unique n'est que de 4δ.

super pipeline Bloc

Cette nouvelle conception réduit considérablement le délai des blocs de pipeline. Après l'introduction du mécanisme de chemin rapide, le temps de décision pour les blocs de pipeline peut même être inférieur à celui des blocs non pipelinés sous un planificateur équitable. Ce mécanisme garantit un délai de chemin rapide dans toutes les exécutions et n'est pas affecté par les processus défaillants.

Évaluation des performances

L'analyse théorique et les tests pratiques montrent que :

• 2PAClean s'attend à un retard de 9,5δ dans le pire des cas et de 6δ dans le meilleur des cas.
• 2PAClean a une capacité de traitement 80%-100% supérieure à celle de la chaîne sMVBA.
• Le temps d'exécution unique de 2PACBIG MVBA est de 4δ, meilleur que tous les protocoles existants.
• La conception de pipeline ultra-rapide permet à s2PAClean et s2PACBIG d'atteindre respectivement des temps de décision de bloc en pipeline de 4δ et 3δ.

L'évaluation des calculs montre que la série de protocoles 2PAC se comporte très bien dans diverses conditions réseau, en particulier dans des environnements à haute latence et à taux de défaillance élevé. 2PAClean atteint un équilibre entre la latence de messagerie et la complexité de calcul, tandis que 2PACBIG réalise une latence plus faible grâce à la parallélisation et à l'optimisation du processus de vote.

Perspectives d'avenir

Avec le développement de la technologie Blockchain, le protocole de consensus BFT asynchrone jouera un rôle important dans l'amélioration de la sécurité et des performances. Les recherches futures pourraient se concentrer sur :

1. Le protocole est optimisé davantage, réduisant les frais de transmission de messages et de calcul.
2. Analyser en profondeur la sécurité du nouveau protocole dans divers scénarios d'attaque.
3. Appliquer le nouveau protocole aux systèmes Blockchain réels pour vérifier les performances dans des environnements réseau authentiques.

La conception de 2PAC et du pipeline ultra-rapide ouvre une nouvelle direction pour le protocole de consensus de la Blockchain. En simplifiant la structure et en optimisant le processus, elle permet d'atteindre un débit plus élevé et une latence réduite. Ces innovations prouvent non seulement leur supériorité sur le plan théorique, mais démontrent également des performances exceptionnelles lors des tests pratiques, offrant de nouvelles idées pour un protocole de consensus de Blockchain efficace et sécurisé.

Avec l'approfondissement de la recherche et l'optimisation des technologies, la Blockchain devrait jouer un rôle de plus en plus important dans l'économie numérique future, tandis que la nouvelle génération de protocole de Consensus jettera des bases solides pour le développement de cette technologie.