Últimos avances y aplicaciones del protocolo de consenso de la cadena de bloques
La tecnología de la Cadena de bloques, como un protocolo de contabilidad distribuido descentralizado, tiene su núcleo en el mecanismo de Consenso. El mecanismo de Consenso afecta directamente la escalabilidad y la seguridad del sistema de Cadena de bloques. Este artículo se centrará en los últimos desarrollos del mecanismo de Consenso de tolerancia a fallos bizantinos asíncronos (BFT), especialmente en sus ventajas únicas para enfrentar la latencia de la red y el fallo de nodos parciales.
Resumen del modelo BFT asíncrono
En el modelo BFT asíncrono, el sistema está compuesto por 3f+1 procesos, donde f procesos pueden ser maliciosamente comprometidos. Los procesos se comunican a través de canales asíncronos, y el retraso en la transmisión de mensajes es controlado por el adversario. Cada proceso posee un par de claves pública y privada para firmar y verificar, asegurando la autenticidad y la integridad de los mensajes.
Requisitos básicos del protocolo de consenso de la cadena de bloques
El protocolo de consenso de la cadena de bloques tiene como objetivo lograr que todos los nodos honestos lleguen a un acuerdo sobre el estado de la cadena de bloques. Sus requisitos básicos incluyen:
Actividad: En la ejecución infinita, existe una cadena de bloques decidida de longitud infinita.
Consistencia: Si existen dos cadenas de bloques decididas, una de ellas debe ser un prefijo de la otra.
Calidad P: En la cadena de bloques ya decidida, la proporción de transacciones ingresadas por nodos honestos debe ser al menos p.
Desafíos actuales del protocolo de consenso asíncrono
El protocolo de consenso asíncrono más rápido en la actualidad se consideraba el 2-chain VABA, con una latencia esperada de 9.5δ. Sin embargo, la investigación ha revelado que este protocolo presenta múltiples vectores de ataque que pueden comprometer su consistencia y actividad. Estos ataques incluyen la explotación de defectos en las comprobaciones de autenticación, el abuso de estrategias de elevación y la relajación de las definiciones de autenticación del líder, entre otros. A pesar de la introducción de mecanismos innovadores como la ejecución paralela de múltiples instancias, estos problemas no se han resuelto por completo.
Nuevo diseño de protocolo: 2PAC (consenso asíncrono en 2 fases)
Basado en el análisis de los protocolos existentes, los investigadores propusieron el protocolo 2PAC, que mejora significativamente el rendimiento al simplificar y optimizar el proceso de consenso. 2PAC incluye dos variantes:
2PAClean：
Lograr +90% de rendimiento y 9.5δ de latencia esperada
La complejidad del mensaje es O(n²)
Mejorar la eficiencia eliminando interacciones innecesarias y costos computacionales.
2PACBIG：
Actualmente, el protocolo de consenso de cadena de bloques más rápido bajo la complejidad de mensajes O(n³).
El tiempo de ejecución de MVBA sin fallos es de 4δ, lo que reduce significativamente la latencia.
Super rápida línea de bloques
Los investigadores también han propuesto un nuevo diseño de bloque en cadena de bloques por lotes, que reduce significativamente la latencia de los bloques en cadena de bloques por lotes. Al introducir un mecanismo de ruta rápida, el tiempo de decisión de los bloques en cadena de bloques por lotes puede incluso ser menor que el de los bloques no en cadena de bloques por lotes bajo un programador justo. Este mecanismo garantiza la latencia de la ruta rápida en todas las ejecuciones y no se ve afectado por el comportamiento de los procesos defectuosos.
Análisis de resultados cuantitativos
A través de análisis teóricos y pruebas prácticas, el retraso esperado de 2PAClean en el peor de los casos es de 9.5δ, mientras que en el buen caso (sin fallos y con un programador semijusto) es de 6δ. En comparación, el retraso esperado de sMVBA es de 10δ, y en el buen caso es de 6δ. 2PAClean reduce el retraso en el peor de los casos en 0.5δ, manteniendo el mismo retraso en el buen caso. Además, el rendimiento de 2PAClean mejora entre un 80% y un 100% en comparación con el sMVBA en cadena.
2PACBIG como el protocolo de complejidad de mensajes O(n³), tiene un tiempo de ejecución de MVBA de 4δ, superando la velocidad de todos los protocolos existentes. El diseño de bloques en tubería ultrarrápido permite que s2PAClean y s2PACBIG logren tiempos de decisión de bloques en tubería de 4δ y 3δ respectivamente, mejorando aún más el rendimiento del protocolo.
Calcular resultados de evaluación
Evaluaciones computacionales extensas muestran que 2PAClean y 2PACBIG exhiben un rendimiento excepcional en diversas condiciones de red, especialmente en entornos de alta latencia y alta tasa de fallos. 2PAClean logra un buen equilibrio entre la latencia de mensajería y la complejidad computacional, mientras que 2PACBIG logra una latencia más baja mediante la paralelización y la optimización del proceso de votación.
Direcciones futuras de investigación
Optimización del protocolo: simplificar y optimizar aún más la estructura del protocolo, reduciendo la transmisión de mensajes innecesarios y los costos de cálculo.
Análisis de seguridad: análisis profundo de la seguridad del nuevo protocolo en diversos escenarios de ataque, asegurando la fiabilidad en aplicaciones reales.
Aplicación práctica: aplicar el nuevo protocolo a sistemas de cadena de bloques reales, verificando su rendimiento en un entorno de red real.
Conclusión
Este estudio analiza detalladamente las ventajas y desventajas de los actuales protocolos de consenso asíncrono de la cadena de bloques, y propone dos nuevos diseños de protocolos: 2PAC y Bloquear de canalización ultra rápida. Estos nuevos diseños muestran ventajas significativas en aumentar el rendimiento y reducir la latencia, proporcionando una referencia importante para el desarrollo futuro de la tecnología de cadena de bloques. A través de una investigación y optimización continuas, se espera que la tecnología de cadena de bloques desempeñe un papel aún más importante en la futura economía digital, y la nueva generación de protocolos de consenso proporcionará una base sólida para el desarrollo de esta tecnología.
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LayerZeroEnjoyer
· Hace3m
El mecanismo de consenso tarde o temprano tendrá que cambiar.
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DevChive
· hace5h
¿Qué protocolo tan impresionante se está organizando aquí? ¡Con que corra más rápido que el pow es suficiente~
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FloorSweeper
· hace12h
Entendido, entendido. Hemos estudiado big data, pero no podemos seguir la tendencia.
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GasFeeVictim
· hace12h
Otra vez es una mentira sobre el rendimiento, quien lo crea es un tonto.
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GasBandit
· hace12h
¿Vuelven las fórmulas de nuevo? ¿BFT ha entendido esta jugada?
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SilentObserver
· hace12h
¿Otra vez BFT? Casi muero en esto hace años.
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ParanoiaKing
· hace12h
Demasiadas teorías, solo di que quien sea más rápido, gana.
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FancyResearchLab
· hace12h
Otro lugar donde un partido teórico cae en la trampa
Nuevos avances en BFT asíncrono: el protocolo 2PAC mejora el rendimiento del consenso en la cadena de bloques
Últimos avances y aplicaciones del protocolo de consenso de la cadena de bloques
La tecnología de la Cadena de bloques, como un protocolo de contabilidad distribuido descentralizado, tiene su núcleo en el mecanismo de Consenso. El mecanismo de Consenso afecta directamente la escalabilidad y la seguridad del sistema de Cadena de bloques. Este artículo se centrará en los últimos desarrollos del mecanismo de Consenso de tolerancia a fallos bizantinos asíncronos (BFT), especialmente en sus ventajas únicas para enfrentar la latencia de la red y el fallo de nodos parciales.
Resumen del modelo BFT asíncrono
En el modelo BFT asíncrono, el sistema está compuesto por 3f+1 procesos, donde f procesos pueden ser maliciosamente comprometidos. Los procesos se comunican a través de canales asíncronos, y el retraso en la transmisión de mensajes es controlado por el adversario. Cada proceso posee un par de claves pública y privada para firmar y verificar, asegurando la autenticidad y la integridad de los mensajes.
Requisitos básicos del protocolo de consenso de la cadena de bloques
El protocolo de consenso de la cadena de bloques tiene como objetivo lograr que todos los nodos honestos lleguen a un acuerdo sobre el estado de la cadena de bloques. Sus requisitos básicos incluyen:
Desafíos actuales del protocolo de consenso asíncrono
El protocolo de consenso asíncrono más rápido en la actualidad se consideraba el 2-chain VABA, con una latencia esperada de 9.5δ. Sin embargo, la investigación ha revelado que este protocolo presenta múltiples vectores de ataque que pueden comprometer su consistencia y actividad. Estos ataques incluyen la explotación de defectos en las comprobaciones de autenticación, el abuso de estrategias de elevación y la relajación de las definiciones de autenticación del líder, entre otros. A pesar de la introducción de mecanismos innovadores como la ejecución paralela de múltiples instancias, estos problemas no se han resuelto por completo.
Nuevo diseño de protocolo: 2PAC (consenso asíncrono en 2 fases)
Basado en el análisis de los protocolos existentes, los investigadores propusieron el protocolo 2PAC, que mejora significativamente el rendimiento al simplificar y optimizar el proceso de consenso. 2PAC incluye dos variantes:
2PAClean：
2PACBIG：
Super rápida línea de bloques
Los investigadores también han propuesto un nuevo diseño de bloque en cadena de bloques por lotes, que reduce significativamente la latencia de los bloques en cadena de bloques por lotes. Al introducir un mecanismo de ruta rápida, el tiempo de decisión de los bloques en cadena de bloques por lotes puede incluso ser menor que el de los bloques no en cadena de bloques por lotes bajo un programador justo. Este mecanismo garantiza la latencia de la ruta rápida en todas las ejecuciones y no se ve afectado por el comportamiento de los procesos defectuosos.
Análisis de resultados cuantitativos
A través de análisis teóricos y pruebas prácticas, el retraso esperado de 2PAClean en el peor de los casos es de 9.5δ, mientras que en el buen caso (sin fallos y con un programador semijusto) es de 6δ. En comparación, el retraso esperado de sMVBA es de 10δ, y en el buen caso es de 6δ. 2PAClean reduce el retraso en el peor de los casos en 0.5δ, manteniendo el mismo retraso en el buen caso. Además, el rendimiento de 2PAClean mejora entre un 80% y un 100% en comparación con el sMVBA en cadena.
2PACBIG como el protocolo de complejidad de mensajes O(n³), tiene un tiempo de ejecución de MVBA de 4δ, superando la velocidad de todos los protocolos existentes. El diseño de bloques en tubería ultrarrápido permite que s2PAClean y s2PACBIG logren tiempos de decisión de bloques en tubería de 4δ y 3δ respectivamente, mejorando aún más el rendimiento del protocolo.
Calcular resultados de evaluación
Evaluaciones computacionales extensas muestran que 2PAClean y 2PACBIG exhiben un rendimiento excepcional en diversas condiciones de red, especialmente en entornos de alta latencia y alta tasa de fallos. 2PAClean logra un buen equilibrio entre la latencia de mensajería y la complejidad computacional, mientras que 2PACBIG logra una latencia más baja mediante la paralelización y la optimización del proceso de votación.
Direcciones futuras de investigación
Conclusión
Este estudio analiza detalladamente las ventajas y desventajas de los actuales protocolos de consenso asíncrono de la cadena de bloques, y propone dos nuevos diseños de protocolos: 2PAC y Bloquear de canalización ultra rápida. Estos nuevos diseños muestran ventajas significativas en aumentar el rendimiento y reducir la latencia, proporcionando una referencia importante para el desarrollo futuro de la tecnología de cadena de bloques. A través de una investigación y optimización continuas, se espera que la tecnología de cadena de bloques desempeñe un papel aún más importante en la futura economía digital, y la nueva generación de protocolos de consenso proporcionará una base sólida para el desarrollo de esta tecnología.