Останні досягнення та застосування протоколу консенсусу Блокчейн

Блокчейн технологія як представник децентралізованих розподілених бухгалтерських технологій має в своїй основі механізм консенсусу. Продуктивність механізму консенсусу безпосередньо впливає на масштабованість і безпеку Блокчейн. Нещодавно асинхронний візантійський відмовостійкий (BFT) механізм консенсусу став предметом дослідження завдяки своїм перевагам у реагуванні на затримки в мережі та часткову неефективність вузлів.

Дослідницький фон

У моделі асинхронного BFT система складається з n = 3f + 1 процесів, де f процесів можуть бути зловмисно зламані. Процеси спілкуються через асинхронні канали, затримка передачі повідомлень непередбачувана. Кожен процес має пару публічного та приватного ключів для забезпечення достовірності та цілісності повідомлень.

Метою протоколу консенсусу Блокчейн є досягнення згоди між усіма чесними вузлами щодо стану Блокчейн. Протокол має відповідати наступним вимогам:

1. Активність: існує нескінченно довгий визначений Блокчейн.
2. Узгодженість: вже визначений Блокчейн повинен бути префіксом один одного.
3. Якість: Вирішено, що частка транзакцій, введених чесними вузлами в Блокчейні, не повинна бути нижчою за певний поріг.

Поточні виклики

Наразі найшвидший асинхронний протокол консенсусу 2-chain VABA стверджує, що очікувана затримка становить 9.5δ, але дослідження виявили, що він має кілька безпекових вразливостей, які можуть призвести до порушення узгодженості та активності. Незважаючи на те, що протокол впроваджує деякі інноваційні механізми, такі як паралельне виконання кількох екземплярів, він все ще не зміг повністю вирішити ці проблеми.

Новий дизайн протоколу

2PAC (2 етапний асинхронний консенсус)

На основі аналізу існуючих протоколів дослідники запропонували протокол 2PAC, який включає два варіанти:

1. 2PAClean:

   • Продуктивність зросла на 90%, очікуване запізнення 9.5δ, складність повідомлення O(n²).
   • Підвищення ефективності шляхом оптимізації процесу консенсусу.
2. 2. ПАКБІГ:
   • Наразі найшвидший протокол консенсусу Блокчейн при складності O(n³).
   • Час виконання одноразового MVBA лише 4δ.

Супер швидкий конвеєр Блок

Цей новий дизайн значно зменшив затримки потокових Блоків. Після впровадження механізму швидкого маршруту, під справедливим планувальником, час ухвалення рішень для потокових Блоків може навіть бути меншим, ніж для непотокових Блоків. Цей механізм може забезпечити затримки швидкого маршруту у всіх виконаннях і не підлягає впливу несправних процесів.

Оцінка продуктивності

Теоретичний аналіз та практичні випробування показують:

• 2PAClean найгірший випадок очікуваної затримки 9.5δ, хороший випадок 6δ.
• 2PAClean пропускна спроможність перевищує лінійний sMVBA на 80%-100%.
• 2PACBIG одноразовий MVBA час виконання 4δ, кращий за всі існуючі протоколи.
• Надшвидкий дизайн конвеєра дозволяє s2PAClean і s2PACBIG досягати часу прийняття рішень по блоках 4δ і 3δ відповідно.

Обчислювальна оцінка показує, що серія протоколів 2PAC демонструє відмінні результати в різних мережевих умовах, особливо в середовищах з високою затримкою та високою частотою відмов. 2PAClean досягає балансу між затримкою повідомлень та обчислювальною складністю, тоді як 2PACBIG реалізує нижчу затримку за рахунок паралелізації та оптимізації процесу голосування.

Перспективи майбутнього

З розвитком технологій Блокчейн, асинхронний протокол Консенсусу BFT відіграватиме важливу роль у підвищенні безпеки та продуктивності. У майбутніх дослідженнях можна зосередитися на:

1. Протокол додатково оптимізовано, щоб зменшити витрати на передачу повідомлень і обчислення.
2. Глибокий аналіз безпеки нового протоколу в різних сценаріях атаки.
3. Застосувати новий протокол до реальної системи Блокчейн, перевірити продуктивність у реальному мережевому середовищі.

2PAC та надшвидка конвеєрна конструкція блоків відкривають нові напрямки для протоколу консенсусу Блокчейн. Завдяки спрощеній структурі та оптимізації процесу досягається вища пропускна здатність і нижча затримка. Ці інновації не тільки теоретично довели свою перевагу, але й продемонстрували видатну продуктивність у практичних тестах, надаючи нові ідеї для ефективного та безпечного протоколу консенсусу Блокчейн.

З поглибленням досліджень та оптимізацією технологій, Блокчейн має перспективу відігравати важливішу роль у майбутній цифровій економіці, а нове покоління Консенсус протоколів стане міцною основою для розвитку цієї технології.