Kemajuan dan Aplikasi Terbaru Protokol Konsensus Blockchain

Teknologi blockchain sebagai perwakilan dari teknologi buku besar terdesentralisasi dan terdistribusi, inti dari blockchain terletak pada mekanisme konsensus. Kinerja mekanisme konsensus secara langsung mempengaruhi skalabilitas dan keamanan blockchain. Baru-baru ini, mekanisme konsensus Byzantine Fault Tolerance (BFT) menjadi fokus penelitian karena keunggulannya dalam menghadapi keterlambatan jaringan dan kegagalan sebagian node.

Latar Belakang Penelitian

Dalam model BFT asinkron, sistem terdiri dari n = 3f + 1 proses, di mana f proses dapat dirusak secara jahat. Proses berkomunikasi melalui saluran asinkron, dengan keterlambatan pengiriman pesan yang tidak dapat diprediksi. Setiap proses memiliki pasangan kunci publik dan privat untuk memastikan keaslian dan integritas pesan.

Tujuan protokol konsensus blockchain adalah untuk membuat semua node yang jujur mencapai kesepakatan tentang status blockchain. Protokol harus memenuhi persyaratan berikut:

1. Aktivitas: Ada blockchain yang telah ditentukan tanpa batas panjang.
2. Konsistensi: Blockchain yang telah diputuskan harus saling menjadi prefiks.
3. Kualitas: Telah diputuskan bahwa proporsi transaksi yang dimasukkan oleh node jujur dalam Blockchain tidak boleh kurang dari ambang batas tertentu.

Tantangan Saat Ini

Saat ini, protokol konsensus asinkron tercepat 2-chain VABA mengklaim memiliki latensi yang diharapkan sebesar 9.5δ, tetapi penelitian menemukan bahwa ada berbagai celah keamanan yang dapat mengakibatkan konsistensi dan aktivitas terganggu. Meskipun protokol ini memperkenalkan beberapa mekanisme inovatif, seperti menjalankan beberapa instansi secara paralel, namun tetap belum sepenuhnya menyelesaikan masalah tersebut.

Desain Protokol Baru

2PAC (2 tahap asinkron konsensus)

Berdasarkan analisis terhadap protokol yang ada, peneliti mengusulkan protokol 2PAC, yang mencakup dua varian:

1. 2PAClean：

   • Peningkatan throughput 90%, latensi yang diharapkan 9.5δ, kompleksitas pesan O(n²).
   • Meningkatkan efisiensi melalui pengoptimalan proses konsensus.

2. 2PACBIG：

   • Saat ini, protokol konsensus blockchain tercepat di bawah kompleksitas O(n³).
   • Waktu eksekusi MVBA sekali hanya 4δ.

Jalur Aliran Ultra Cepat Blok

Desain baru ini secara signifikan mengurangi latensi blok jalur aliran. Setelah memperkenalkan mekanisme jalur cepat, di bawah penjadwal yang adil, waktu keputusan blok jalur aliran bahkan mungkin lebih kecil dibandingkan blok non-jalur aliran. Mekanisme ini menjamin latensi jalur cepat dalam semua eksekusi, dan tidak terpengaruh oleh proses yang gagal.

Evaluasi Kinerja

Analisis teoritis dan pengujian praktis menunjukkan:

• 2PAClean mengharapkan keterlambatan terburuk 9.5δ, dan keterlambatan baik 6δ.
• 2PAClean memiliki throughput 80%-100% lebih tinggi dibandingkan sMVBA berbasis Blockchain.
• Waktu operasi 2PACBIG MVBA sekali 4δ, lebih baik daripada semua protokol yang ada.
• Desain lini produksi super cepat memungkinkan s2PAClean dan s2PACBIG masing-masing mencapai waktu keputusan blok aliran 4δ dan 3δ.

Evaluasi perhitungan menunjukkan bahwa protokol seri 2PAC berkinerja baik di berbagai kondisi jaringan, terutama dalam lingkungan dengan latensi tinggi dan tingkat kegagalan tinggi. 2PAClean mencapai keseimbangan antara latensi pengiriman pesan dan kompleksitas perhitungan, sementara 2PACBIG mencapai latensi yang lebih rendah melalui paralelisasi dan pengoptimalan proses pemungutan suara.

Prospek Masa Depan

Seiring dengan perkembangan teknologi Blockchain, protokol konsensus BFT asinkron akan berperan penting dalam peningkatan keamanan dan kinerja. Penelitian di masa depan dapat fokus pada:

1. Protokol lebih dioptimalkan, mengurangi biaya pengiriman pesan dan perhitungan.
2. Analisis mendalam tentang keamanan protokol baru dalam berbagai skenario serangan.
3. Menerapkan protokol baru pada sistem Blockchain nyata, untuk memverifikasi kinerja lingkungan jaringan yang sebenarnya.

2PAC dan desain jalur aliran super cepat untuk blok membuka arah baru untuk protokol konsensus blockchain. Dengan menyederhanakan struktur dan mengoptimalkan proses, mencapai throughput yang lebih tinggi dan latensi yang lebih rendah. Inovasi ini tidak hanya membuktikan keunggulan dalam teori, tetapi juga menunjukkan kinerja luar biasa dalam pengujian praktis, memberikan ide baru untuk protokol konsensus blockchain yang efisien dan aman.

Seiring dengan penelitian yang mendalam dan optimasi teknologi, Blockchain diharapkan akan memainkan peran yang lebih penting dalam ekonomi digital di masa depan, sementara protokol konsensus generasi baru akan meletakkan dasar yang kokoh untuk perkembangan teknologi ini.