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

Công nghệ Blockchain, 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 độ an toàn của Blockchain. Gần đây, cơ chế nhận thức chung Byzantine Fault Tolerance (BFT) đã trở thành điểm nóng nghiên cứu do lợi thế của nó trong việc đối phó với độ trễ mạng và sự cố của một số nút.

Bối cảnh nghiên cứu

Trong mô hình BFT bất đồng bộ, hệ thống bao gồm n = 3f + 1 tiến trình, trong đó f tiến trình có thể bị phá hoại ác ý. Các tiến trình giao tiếp với nhau qua kênh bất đồng bộ, độ trễ truyền tin không thể dự đoán. Mỗi tiến trình có một cặp khóa công khai và riêng tư để đảm bảo tính xác thực và toàn vẹn của tin nhắn.

Mục tiêu của giao thức nhận thức chung Blockchain là khiến tất cả các nút trung thực đạt được sự đồng thuận về trạng thái của Blockchain. Giao thức cần phải đáp ứng các yêu cầu sau:

1. Hoạt tính: tồn tại chuỗi khối đã quyết định vô hạn.
2. Tính nhất quán: các Blockchain đã được quyết định phải là tiền tố của nhau.
3. Chất lượng: Đã quyết định tỷ lệ giao dịch của các nút trung thực trong Blockchain không thấp hơn một ngưỡng cụ thể.

Thách thức hiện tại

Hiện tại, giao thức đồng thuận bất đồng bộ nhanh nhất 2-chain VABA tuyên bố độ trễ dự kiến là 9.5δ, nhưng nghiên cứu phát hiện ra rằng nó tồn tại nhiều lỗ hổng bảo mật, có thể dẫn đến việc phá vỡ tính nhất quán và tính khả dụng. Mặc dù giao thức này đã giới thiệu một số cơ chế đổi mới, như chạy song song nhiều phiên bản, nhưng vẫn chưa giải quyết triệt để những vấn đề này.

Thiết kế giao thức mới

2PAC（2 giai đoạn nhận thức chung bất đồng bộ）

Dựa trên phân tích các giao thức hiện có, các nhà nghiên cứu đã đề xuất giao thức 2PAC, bao gồm hai biến thể:

1. 2PAClean：

   • Khả năng thông lượng tăng 90%, độ trễ kỳ vọng 9.5δ, độ phức tạp tin nhắn O(n²).
   • Tăng cường hiệu quả thông qua việc tối ưu hóa quá trình nhận thức chung.

2. 2PACBIG：

   • Hiện tại giao thức nhận thức chung blockchain nhanh nhất dưới độ phức tạp O(n³).
   • Thời gian chạy MVBA chỉ 4δ.

Siêu nhanh dây chuyền Khối

Thiết kế mới này giảm đáng kể độ trễ của khối theo dòng. Sau khi giới thiệu cơ chế đường dẫn nhanh, thời gian quyết định của khối theo dòng dưới bộ lập lịch công bằng thậm chí có thể nhỏ hơn khối không theo dòng. Cơ chế này đảm bảo độ trễ của đường dẫn nhanh trong tất cả các thực thi, và không bị ảnh hưởng bởi các tiến trình lỗi.

Đánh giá hiệu suất

Phân tích lý thuyết và thử nghiệm thực tế cho thấy:

• 2PAClean dự đoán tình huống xấu nhất sẽ bị trì hoãn 9.5δ, tình huống tốt sẽ là 6δ.
• 2PAClean có thông lượng cao hơn sMVBA chuỗi từ 80%-100%.
• Thời gian chạy MVBA một lần của 2PACBIG là 4δ, tốt hơn tất cả các giao thức hiện có.
• Thiết kế dây chuyền siêu nhanh giúp s2PAClean và s2PACBIG đạt được thời gian quyết định khối 4δ và 3δ tương ứng.

Đánh giá tính toán cho thấy, các giao thức trong series 2PAC hoạt động xuất sắc dưới nhiều điều kiện mạng khác nhau, đặc biệt là trong môi trường độ trễ cao và tỷ lệ lỗi cao. 2PAClean đạt được sự cân bằng giữa độ trễ truyền tin và độ phức tạp tính toán, trong khi 2PACBIG đạt được độ trễ thấp hơn thông qua việc song song hóa và tối ưu hóa quy trình bỏ phiếu.

Triển vọng tương lai

Với sự phát triển của công nghệ Blockchain, giao thức đồng thuận BFT bất đồng bộ sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao tính bảo mật và hiệu suất. Nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào:

1. Giao thức được tối ưu hóa hơn nữa, giảm thiểu chi phí truyền tin và tính toán.
2. Phân tích sâu về tính an toàn của giao thức mới trong các tình huống tấn công khác nhau.
3. Áp dụng giao thức mới vào hệ thống Blockchain thực tế, xác thực hiệu suất trong môi trường mạng thực.

2PAC và thiết kế khối dây chuyền siêu nhanh đã mở ra hướng đi mới cho giao thức nhận thức chung blockchain. Bằng cách đơn giản hóa cấu trúc và tối ưu hóa quy trình, đạt được thông lượng cao hơn và độ trễ thấp hơn. Những đổi mới này không chỉ chứng minh tính ưu việt về lý thuyết mà còn thể hiện hiệu suất xuất sắc trong các thử nghiệm thực tế, cung cấp những ý tưởng mới cho giao thức nhận thức chung blockchain hiệu quả và an toàn.

Với sự nghiên cứu sâu hơn và tối ưu hóa công nghệ, blockchain được kỳ vọng sẽ đóng vai trò quan trọng hơn trong nền kinh tế số trong tương lai, trong khi thế hệ giao thức nhận thức chung mới sẽ đặt nền tảng vững chắc cho sự phát triển công nghệ này.