Последние достижения и применения протоколов соглашения Блокчейн

Блокчейн-технология, представляющая собой технологию децентрализованных распределенных реестров, имеет в своей основе соглашение. Производительность механизма соглашения напрямую влияет на масштабируемость и безопасность блокчейна. В последнее время асинхронный византийский отказоустойчивый (BFT) механизм согласия стал предметом активных исследований благодаря своим преимуществам в условиях сетевых задержек и частичных сбоев узлов.

Фон исследования

В модели асинхронного BFT система состоит из n = 3f + 1 процессов, где f процессов могут быть злонамеренно нарушены. Процессы общаются через асинхронные каналы, и задержка передачи сообщений непредсказуема. Каждый процесс имеет пару открытого и закрытого ключей для обеспечения подлинности и целостности сообщений.

Цель протокола соглашения Блокчейн состоит в том, чтобы все честные узлы достигли согласия по состоянию Блокчейн. Протокол должен удовлетворять следующим требованиям:

1. Активность: существует бесконечно длинная уже определенная Блокчейн.
2. Согласованность: уже принятые Блокчейны должны быть префиксами друг друга.
3. Качество: было решено, что доля транзакций, введенных честными узлами в Блокчейне, не должна быть ниже определенного порога.

Текущие вызовы

В настоящее время самый быстрый асинхронный протокол согласия 2-chain VABA заявляет, что ожидаемая задержка составляет 9,5δ, но исследования показали, что он имеет несколько уязвимостей безопасности, которые могут привести к нарушению согласованности и активности. Несмотря на то, что протокол вводит некоторые инновационные механизмы, такие как параллельное выполнение нескольких инстансов, он по-прежнему не смог полностью решить эти проблемы.

Новый Протокол Дизайн

2PAC (2阶段异异нСоглашение)

На основе анализа существующего Протокола исследователи предложили Протокол 2PAC, включая два варианта:

1. 2PAClean:

   • Увеличение пропускной способности на 90%, ожидаемая задержка 9.5δ, сложность сообщения O(n²).
   • Повышение эффективности за счет оптимизации процесса соглашения.

2. 2PACBIG:

   • В настоящее время самый быстрый протокол согласования Блокчейн при сложности O(n³).
   • Время выполнения одного MVBA составляет всего 4δ.

Супербыстрая конвейерная линия Блок

Этот новый дизайн значительно уменьшил задержку блоков конвейера. После введения механизма быстрого пути время принятия решений для блоков конвейера может быть даже меньше, чем для неблокированных. Этот механизм обеспечивает задержку быстрого пути во всех выполняемых операциях и не подвержен влиянию сбойных процессов.

Оценка производительности

Теоретический анализ и практическое тестирование показывают:

• 2PAClean наихудший сценарий ожидает задержку 9.5δ, хороший сценарий 6δ.
• Пропускная способность 2PAClean выше на 80%-100% по сравнению с цепочным sMVBA.
• Время выполнения 2PACBIG для одного MVBA составляет 4δ, что лучше, чем у всех существующих протоколов.
• Супербыстрая проектировка конвейера позволяет s2PAClean и s2PACBIG достигать времени принятия решений по блокам конвейера в 4δ и 3δ соответственно.

Расчётная оценка показывает, что протоколы серии 2PAC демонстрируют отличные результаты в различных сетевых условиях, особенно в средах с высокой задержкой и высокой частотой сбоев. 2PAClean достигает баланса между задержкой передачи сообщений и вычислительной сложностью, в то время как 2PACBIG достигает более низкой задержки за счёт параллелизации и оптимизации процесса голосования.

Будущее

С развитием технологии Блокчейн, асинхронный протокол согласования BFT будет играть важную роль в повышении безопасности и производительности. Будущие исследования могут сосредоточиться на:

1. Протокол дополнительно оптимизирован, чтобы сократить затраты на передачу сообщений и вычисления.
2. Глубокий анализ безопасности нового протокола в различных сценариях атак.
3. Применить новый протокол к реальным Блокчейн системам, чтобы проверить производительность в реальной сети.

Дизайн 2PAC и сверхбыстрого конвейера блоков открыл новое направление для протоколов соглашения Блокчейн. За счет упрощения структуры и оптимизации процессов достигается более высокая пропускная способность и более низкая задержка. Эти инновации не только теоретически доказали свое превосходство, но и продемонстрировали выдающуюся производительность в практических испытаниях, предложив новые идеи для эффективных и безопасных протоколов соглашения Блокчейн.

С углублением исследований и оптимизацией технологий, Блокчейн, вероятно, сыграет более важную роль в будущей цифровой экономике, а новое поколение Соглашений Протоколов заложит прочную основу для этого технологического развития.