Tiến triển và ứng dụng mới nhất của giao thức nhận thức chung Blockchain

Công nghệ Blockchain, như là đại diện cho công nghệ sổ cái phân tán phi tập trung, có cốt lõi là cơ chế nhận thức chung. Hiệu suất của cơ chế nhận thức chung ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng mở rộng và tính bảo mật của hệ thống blockchain. Báo cáo này tập trung vào những phát triển mới nhất của giao thức sao chép trạng thái chịu lỗi Byzantine bất đồng bộ (BFT SMR) và đề xuất hai thiết kế giao thức đổi mới.

Tóm tắt mô hình BFT không đồng bộ

Trong mô hình BFT không đồng bộ, hệ thống bao gồm 3f + 1 tiến trình, trong đó f tiến trình có thể bị tấn công ác ý. Các tiến trình giao tiếp thông qua các kênh không đồng bộ, độ trễ của việc truyền tin không thể dự đoán. Mỗi tiến trình có một cặp khóa công khai và riêng tư, được sử dụng để đảm bảo tính xác thực và tính toàn vẹn của thông điệp.

Các yêu cầu cơ bản của giao thức nhận thức chung blockchain

Blockchain Nhận thức chung giao thức cần phải đáp ứng các yêu cầu chính sau đây:

1. Hoạt tính: Trong quá trình thực hiện vô hạn, tồn tại một chuỗi Blockchain đã được quyết định vô hạn.
2. Tính nhất quán: Nếu có hai chuỗi blockchain đã được quyết định, thì một chuỗi phải là tiền tố của chuỗi còn lại.
3. Chất lượng P: Đã quyết định trong Blockchain, tỷ lệ giao dịch của các nút trung thực tham gia ít nhất là p.

Thách thức của giao thức nhận thức chung không đồng bộ hiện có

Hiện tại, sMVBA là giao thức MVBA bất đồng bộ nhanh nhất với độ trễ dự kiến là 10δ. Giao thức VABA 2-chain từng được coi là nhanh nhất (khẳng định độ trễ là 9.5δ) tồn tại nhiều lỗ hổng bảo mật, bao gồm:

• Tấn công do thiếu kiểm tra xác thực
• Sử dụng chiến lược nâng cao để ngăn chặn tấn công hoạt tính
• Vấn đề nhất quán do việc nới lỏng định nghĩa chứng nhận lãnh đạo

Thiết kế giao thức mới: 2PAC (Nhận thức chung bất đồng bộ 2 giai đoạn)

Dựa trên phân tích các giao thức hiện có, chúng tôi đã đưa ra hai biến thể của giao thức 2PAC:

2PAClean

• Đã đạt được +90% thông lượng và độ trễ dự kiến 9.5δ
• Độ phức tạp thông điệp là O(n²)
• Bằng cách tối ưu hóa quá trình nhận thức chung, hiệu quả đã được nâng cao đáng kể

2PACBIG

• Hiện tại độ phức tạp thông điệp là O(n³) giao thức nhận thức chung blockchain nhanh nhất
• Trong trường hợp không gặp sự cố, thời gian chạy MVBA một lần chỉ là 4δ

Siêu nhanh dòng chảy Khối

Chúng tôi cũng đã đề xuất một thiết kế khối dòng chảy sáng tạo, giảm đáng kể độ trễ quyết định:

• Giới thiệu cơ chế đường dẫn nhanh, dưới bộ lập lịch công bằng, thời gian quyết định khối theo chuỗi thậm chí nhỏ hơn khối không theo chuỗi.
• Tất cả các thực thi đều có thể đảm bảo độ trễ của đường dẫn nhanh, không bị ảnh hưởng bởi các quy trình bị lỗi

Đánh giá hiệu suất

Thông qua phân tích lý thuyết và thử nghiệm thực tế, giao thức mới thể hiện ưu điểm nổi bật:

• 2PAClean：dự đoán trì hoãn tồi tệ nhất là 9.5δ, trường hợp tốt là 6δ
• 2PACBIG：Thời gian chạy MVBA một lần 4δ, dẫn đầu tất cả các giao thức hiện có
• Thiết kế dây chuyền siêu nhanh: s2PAClean và s2PACBIG lần lượt đạt được thời gian quyết định khối 4δ và 3δ.

Đánh giá kết quả

Đánh giá tính toán rộng rãi cho thấy, 2PAClean và 2PACBIG hoạt động xuất sắc trong nhiều điều kiện mạng khác nhau:

• 2PAClean đạt được sự cân bằng tốt giữa độ trễ truyền tin và độ phức tạp tính toán
• 2PACBIG thông qua việc song song hóa và tối ưu hóa quá trình bỏ phiếu, đạt được độ trễ thấp hơn

Hướng nghiên cứu tương lai

1. Tiếp tục đơn giản hóa và tối ưu hóa cấu trúc giao thức
2. Phân tích sâu về tính an toàn của giao thức mới trong các kịch bản tấn công khác nhau
3. Áp dụng giao thức mới vào hệ thống Blockchain thực tế, xác minh hiệu suất môi trường mạng thực.

Kết luận

2PAC và thiết kế khối dòng chảy siêu tốc đã thể hiện hướng phát triển tương lai của giao thức nhận thức chung Blockchain. Bằng cách đơn giản hóa cấu trúc giao thức và tối ưu hóa quy trình nhận thức chung, các giao thức mới này thể hiện ưu điểm vượt trội trong việc tăng cường thông lượng và giảm độ trễ. Khi nghiên cứu sâu hơn và công nghệ liên tục được tối ưu hóa, các giao thức nhận thức chung thế hệ mới sẽ đặt nền tảng vững chắc cho việc ứng dụng rộng rãi công nghệ Blockchain trong nền kinh tế số.