Последние достижения и применения протокола согласования в блокчейне

Технология Блокчейн, как децентрализованная распределенная технология учета, основывается на механизме Соглашения. Механизм Соглашения напрямую влияет на масштабируемость и безопасность системы Блокчейн. В данной статье будет подробно рассмотрено последнее развитие механизма согласования асинхронной византийской устойчивости (BFT), особенно его уникальные преимущества в борьбе с сетевыми задержками и частичными сбоями узлов.

Обзор асинхронной модели BFT

В модели асинхронного BFT система состоит из 3f+1 процессов, из которых f процессов могут быть злонамеренно повреждены. Процессы общаются через асинхронные каналы, задержка передачи сообщений контролируется противником. Каждый процесс имеет пару открытых и закрытых ключей для подписи и верификации, что обеспечивает подлинность и целостность сообщений.

Основные требования к протоколу согласия Блокчейн

Протокол соглашения Блокчейн旨在使所有诚实节点就 Блокчейн状态达成一致。其基本要求包括：

1. Активность: в бесконечном исполнении существует бесконечно длинный уже определенный Блокчейн.
2. Согласованность: если существуют две решенные Блокчейн, одна из них должна быть префиксом другой.
3. Качество P: В уже решённом Блокчейне доля транзакций от честных узлов составляет не менее p.

Текущие вызовы асинхронного соглашения

На данный момент самым быстрым асинхронным протоколом согласования считался 2-chain VABA, ожидаемая задержка которого составляет 9.5δ. Однако исследования показали, что у этого протокола есть несколько способов атаки, которые могут подорвать его согласованность и активность. Эти атаки включают в себя использование недостатков проверки подлинности, злоупотребление стратегиями повышения и ослабление определения сертификации лидера и т.д. Несмотря на внедрение инновационных механизмов, таких как параллельная работа множества экземпляров, эти проблемы все еще не были полностью решены.

Новый протокол: 2PAC (2-фазное асинхронное соглашение)

На основе анализа существующих протоколов исследователи предложили протокол 2PAC, который значительно улучшает производительность за счет упрощения и оптимизации процесса согласования. 2PAC включает два варианта:

1. 2PAClean:

   • Достигнуть +90% пропускной способности и ожидаемой задержки 9.5δ
   • Сложность сообщения составляет O(n²)
   • Повышение эффективности за счет устранения ненужных взаимодействий и вычислительных затрат

2. 2PACBIG:

   • В настоящее время самый быстрый протокол соглашения блокчейна при сложности сообщения O(n³)
   • Безотказное время однократной работы MVBA составляет 4δ, что значительно снижает задержку

Супербыстрая конвейерная Блок

Исследователи также предложили новый дизайн конвейерного блока, который значительно уменьшает задержку конвейерного блока. Внедряя механизм быстрого пути, время принятия решений по конвейерным блокам может даже оказаться меньше, чем у неконвейерных блоков под справедливым планировщиком. Этот механизм гарантирует задержку быстрого пути во всех выполнениях и не подвержен влиянию поведения неисправных процессов.

Анализ результатов количественной оценки

С помощью теоретического анализа и практического тестирования, ожидаемая задержка 2PAClean в худшем случае составляет 9.5δ, в хорошем случае (без сбоев и полуправильный планировщик) – 6δ. В то же время, ожидаемая задержка sMVBA составляет 10δ, а в хорошем случае – 6δ. 2PAClean уменьшает задержку в худшем случае на 0.5δ при сохранении той же задержки в хорошем случае. Кроме того, пропускная способность 2PAClean увеличилась на 80% до 100% по сравнению с цепочным sMVBA.

2PACBIG как протокол сложности сообщения O(n³), его время выполнения одного MVBA составляет 4δ, скорость превышает все существующие протоколы. Сверхбыстрая конвейерная блокировка позволяет s2PAClean и s2PACBIG достичь времени принятия решений по конвейерным блокам в 4δ и 3δ соответственно, что дополнительно улучшает производительность протокола.

Расчет результатов оценки

Широкие вычислительные оценки показывают, что 2PAClean и 2PACBIG демонстрируют отличные результаты при различных сетевых условиях, особенно в условиях высокой задержки и высокой вероятности отказов. 2PAClean обеспечивает хорошее соотношение между задержкой передачи сообщений и вычислительной сложностью, в то время как 2PACBIG достигает более низкой задержки за счет параллелизации и оптимизации процесса голосования.

Будущие направления исследований

1. Оптимизация протокола: дальнейшее упрощение и оптимизация структуры протокола, уменьшение ненужной передачи сообщений и вычислительных затрат.
2. Анализ безопасности: глубокий анализ безопасности нового протокола в различных сценариях атак, чтобы обеспечить надежность в реальном использовании.
3. Практическое применение: применение нового протокола в реальных системах Блокчейн для проверки его производительности в реальных сетевых условиях.

Заключение

В этом исследовании подробно анализируются преимущества и недостатки современных асинхронных Блокчейн-соглашений и предлагаются два новых протокольных дизайна: 2PAC и сверхбыстрая конвейерная Блок. Эти новые дизайны демонстрируют значительные преимущества в повышении пропускной способности и снижении задержек, предоставляя важные рекомендации для будущего развития Блокчейн-технологий. Благодаря постоянным исследованиям и оптимизации, Блокчейн-технологии могут сыграть более важную роль в будущем цифровой экономики, а новое поколение Соглашений обеспечит надежную основу для развития этой технологии.