# ブロックチェーンコンセンサスプロトコルの最新進展と応用ブロックチェーン技術は、分散型の非中央集権的な帳簿技術として、コンセンサスメカニズムを通じてデータの完全性と一貫性を確保します。コンセンサスメカニズムはブロックチェーンシステムの核心であり、その性能はブロックチェーンのスケーラビリティとセキュリティに直接影響を与えます。非同期ビザンチン耐障害（BFT）コンセンサスメカニズムは、ネットワーク遅延と部分的ノードの障害に対処する際に独特の利点を持ち、したがって研究の重点となっています。本報告は、ブロックチェーンのコンセンサスプロトコルの発展状況を探求し、非同期バイザンティンフォールトトレラント状態機械複製（BFT SMR）プロトコルの最新の進展を重点的に分析しています。現在最も高速な非同期プロトコルは2-chain VABAですが、その欠陥により9.5δの期待遅延が実現できませんでした。したがって、sMVBAが現在最速の非同期MVBAプロトコルとなり、期待遅延は10δです。報告はまた、2PAC（2段階非同期コンセンサス）と超高速パイプラインブロックという2つの新しいプロトコル設計を提案し、スループットと遅延の面での顕著な改善を示しています。## モデルと定義非同期BFTモデルでは、システムはn = 3f + 1のプロセスで構成されており、ここでf個のプロセスは敵によって悪意を持って破壊される可能性があります。これらのプロセスは非同期チャネルを介して相互に通信し、メッセージの伝達遅延は敵によって制御されます。各プロセスは、メッセージの真実性と完全性を確保するために、署名と検証に使用される一対の公開鍵と秘密鍵を持っています。## ブロックチェーンコンセンサスブロックチェーンコンセンサスプロトコルは、すべての誠実なノードがブロックチェーンの状態に合意することを目的としています。具体的には、各ノードは新しい取引を継続的に受信し、それをブロックにパッケージ化し、コンセンサスプロトコルを通じてこれらのブロックがすべての誠実なノードで合意されることを保証します。ブロックチェーンコンセンサスプロトコルは、以下のいくつかの基本的な要件を満たす必要があります。- 活性：無限実行の中に、決定された無限長のブロックチェーンが存在する。- 一貫性：もし二つの決定されたブロックチェーンが存在する場合、そのうちの一つはもう一つのプレフィックスでなければなりません。- P品質：決定されたブロックチェーンにおいて、誠実なノードから入力される取引の割合は少なくともpである。## = 現在の非同期コンセンサスプロトコルの課題現在最も迅速な非同期コンセンサスプロトコルは2-chain VABAで、その期待遅延は9.5δです。しかし、このプロトコルには複数の攻撃手法が存在し、その整合性と活性を損なっています。例えば、検証認証の欠如による攻撃、活性を妨げるための強化戦略を利用した攻撃、及びリーダー認証定義の緩和による整合性攻撃などです。2-chain VABAは複数の並行インスタンスの並行実行などの新しいメカニズムを導入していますが、これらの問題を完全には解決できていません。## 新プロトコル設計：2PAC（2段階非同期コンセンサス）既存のプロトコルの分析に基づいて、研究者は2PACプロトコルを提案しました。このプロトコルは、コンセンサスプロセスを簡素化し最適化することで、パフォーマンスを大幅に向上させました。具体的には、2つのバリエーションが含まれています：1. 2PACleanの: - +90%のスループットと9.5δの期待遅延を実現し、メッセージの複雑度はO(n²)です。 - 不要なインタラクションと計算コストを排除することによって、プロトコルの効率が向上しました。2. 2パックビッグ: - 現在のメッセージ複雑度がO(n³)の最速ブロックチェーンコンセンサスプロトコルです。 - 障害のない単回MVBAの実行時間は4δであり、レイテンシを大幅に低下させました。## 超高速ラインブロック研究者は新しいパイプラインブロック設計を提案し、パイプラインブロックの遅延を大幅に減少させました。迅速なパス機構を導入することにより、公平なスケジューラの下で、パイプラインブロックの決定時間は非パイプラインブロックよりも小さくなります。この機構はすべての実行において迅速なパスの遅延を保証し、障害プロセスの動作の影響を受けません。## 結果を定量化する理論分析と実際のテストを通じて、2PACleanの最悪の状況における期待遅延は9.5δであり、良好な状況（故障なしでスケジューラが半公平）では6δです。それに対して、sMVBAの期待遅延は10δで、良好な状況では6δです。したがって、2PACleanは同じ良好な状況の遅延を維持しながら、最悪の状況の遅延を0.5δ減少させました。さらに、2PACleanのスループットは、チェーン式sMVBAと比較して80%から100%向上しており、これは新しい設計において不必要なブロックの廃棄と計算オーバーヘッドを回避したことに主に起因しています。2PACBIGはメッセージの複雑度がO(n³)のプロトコルであり、その単一MVBA実行時間は4δで、既存のすべてのプロトコルよりも速いです。さらに、超高速パイプラインブロック設計により、s2PACleanとs2PACBIGはそれぞれ4δおよび3δのパイプラインブロック決定時間を実現し、プロトコルの性能をさらに向上させています。## 評価を計算する新しいプロトコルの性能を検証するために、研究者は広範な計算評価を行いました。結果は、2PACleanと2PACBIGがさまざまなネットワーク条件下で優れた性能を示し、特に高遅延および高障害率の環境でのパフォーマンスが際立っています。具体的には、2PACleanはメッセージ伝達の遅延と計算複雑度の間で良好なバランスを実現し、2PACBIGは並列化と投票プロセスの最適化を通じて、より低い遅延を実現しました。ブロックチェーン技術の不断の進展に伴い、非同期BFTコンセンサスプロトコルは安全性を保証し、性能を向上させる上でますます重要な役割を果たすでしょう。2PACと超高速パイプラインブロックの設計は、未来のブロックチェーンコンセンサスプロトコルの発展方向を示しています。すなわち、プロトコル構造を簡素化し、コンセンサスプロセスを最適化することで、より高いスループットとより低いレイテンシを実現することです。## 今後の研究の方向性今後の研究は以下のいくつかの方向性をさらに探求できます：1. プロトコルの最適化：プロトコル構造をさらに簡素化・最適化し、不必要なメッセージの送信や計算コストを削減します。2. セキュリティ分析：新しいプロトコルのさまざまな攻撃シナリオにおけるセキュリティを深く分析し、実際のアプリケーションでの信頼性を確保する。3. 実際の応用：新しいプロトコルを実際のブロックチェーンシステムに適用し、リアルなネットワーク環境における性能を検証する。継続的な研究と最適化を通じて、私たちはブロックチェーン技術が将来のデジタル経済においてより重要な役割を果たすと信じる理由があります。そして、新しい世代のコンセンサスプロトコルがこの技術の発展にしっかりとした基盤を提供するでしょう。! [業界調査レポート:ブロックチェーンコンセンサスプロトコルの最新の進歩と応用](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-3843cbecc561fa8bc9d1b870e8808d34)
非同期BFTコンセンサスの新たな突破：2PACプロトコルがより高いスループットとより低いレイテンシーを実現
ブロックチェーンコンセンサスプロトコルの最新進展と応用
ブロックチェーン技術は、分散型の非中央集権的な帳簿技術として、コンセンサスメカニズムを通じてデータの完全性と一貫性を確保します。コンセンサスメカニズムはブロックチェーンシステムの核心であり、その性能はブロックチェーンのスケーラビリティとセキュリティに直接影響を与えます。非同期ビザンチン耐障害（BFT）コンセンサスメカニズムは、ネットワーク遅延と部分的ノードの障害に対処する際に独特の利点を持ち、したがって研究の重点となっています。
本報告は、ブロックチェーンのコンセンサスプロトコルの発展状況を探求し、非同期バイザンティンフォールトトレラント状態機械複製（BFT SMR）プロトコルの最新の進展を重点的に分析しています。現在最も高速な非同期プロトコルは2-chain VABAですが、その欠陥により9.5δの期待遅延が実現できませんでした。したがって、sMVBAが現在最速の非同期MVBAプロトコルとなり、期待遅延は10δです。報告はまた、2PAC（2段階非同期コンセンサス）と超高速パイプラインブロックという2つの新しいプロトコル設計を提案し、スループットと遅延の面での顕著な改善を示しています。
モデルと定義
非同期BFTモデルでは、システムはn = 3f + 1のプロセスで構成されており、ここでf個のプロセスは敵によって悪意を持って破壊される可能性があります。これらのプロセスは非同期チャネルを介して相互に通信し、メッセージの伝達遅延は敵によって制御されます。各プロセスは、メッセージの真実性と完全性を確保するために、署名と検証に使用される一対の公開鍵と秘密鍵を持っています。
ブロックチェーンコンセンサス
ブロックチェーンコンセンサスプロトコルは、すべての誠実なノードがブロックチェーンの状態に合意することを目的としています。具体的には、各ノードは新しい取引を継続的に受信し、それをブロックにパッケージ化し、コンセンサスプロトコルを通じてこれらのブロックがすべての誠実なノードで合意されることを保証します。ブロックチェーンコンセンサスプロトコルは、以下のいくつかの基本的な要件を満たす必要があります。
= 現在の非同期コンセンサスプロトコルの課題
現在最も迅速な非同期コンセンサスプロトコルは2-chain VABAで、その期待遅延は9.5δです。しかし、このプロトコルには複数の攻撃手法が存在し、その整合性と活性を損なっています。例えば、検証認証の欠如による攻撃、活性を妨げるための強化戦略を利用した攻撃、及びリーダー認証定義の緩和による整合性攻撃などです。2-chain VABAは複数の並行インスタンスの並行実行などの新しいメカニズムを導入していますが、これらの問題を完全には解決できていません。
新プロトコル設計：2PAC（2段階非同期コンセンサス）
既存のプロトコルの分析に基づいて、研究者は2PACプロトコルを提案しました。このプロトコルは、コンセンサスプロセスを簡素化し最適化することで、パフォーマンスを大幅に向上させました。具体的には、2つのバリエーションが含まれています：
2PACleanの:
2パックビッグ:
超高速ラインブロック
研究者は新しいパイプラインブロック設計を提案し、パイプラインブロックの遅延を大幅に減少させました。迅速なパス機構を導入することにより、公平なスケジューラの下で、パイプラインブロックの決定時間は非パイプラインブロックよりも小さくなります。この機構はすべての実行において迅速なパスの遅延を保証し、障害プロセスの動作の影響を受けません。
結果を定量化する
理論分析と実際のテストを通じて、2PACleanの最悪の状況における期待遅延は9.5δであり、良好な状況（故障なしでスケジューラが半公平）では6δです。それに対して、sMVBAの期待遅延は10δで、良好な状況では6δです。したがって、2PACleanは同じ良好な状況の遅延を維持しながら、最悪の状況の遅延を0.5δ減少させました。さらに、2PACleanのスループットは、チェーン式sMVBAと比較して80%から100%向上しており、これは新しい設計において不必要なブロックの廃棄と計算オーバーヘッドを回避したことに主に起因しています。
2PACBIGはメッセージの複雑度がO(n³)のプロトコルであり、その単一MVBA実行時間は4δで、既存のすべてのプロトコルよりも速いです。さらに、超高速パイプラインブロック設計により、s2PACleanとs2PACBIGはそれぞれ4δおよび3δのパイプラインブロック決定時間を実現し、プロトコルの性能をさらに向上させています。
評価を計算する
新しいプロトコルの性能を検証するために、研究者は広範な計算評価を行いました。結果は、2PACleanと2PACBIGがさまざまなネットワーク条件下で優れた性能を示し、特に高遅延および高障害率の環境でのパフォーマンスが際立っています。具体的には、2PACleanはメッセージ伝達の遅延と計算複雑度の間で良好なバランスを実現し、2PACBIGは並列化と投票プロセスの最適化を通じて、より低い遅延を実現しました。
ブロックチェーン技術の不断の進展に伴い、非同期BFTコンセンサスプロトコルは安全性を保証し、性能を向上させる上でますます重要な役割を果たすでしょう。2PACと超高速パイプラインブロックの設計は、未来のブロックチェーンコンセンサスプロトコルの発展方向を示しています。すなわち、プロトコル構造を簡素化し、コンセンサスプロセスを最適化することで、より高いスループットとより低いレイテンシを実現することです。
今後の研究の方向性
今後の研究は以下のいくつかの方向性をさらに探求できます：
継続的な研究と最適化を通じて、私たちはブロックチェーン技術が将来のデジタル経済においてより重要な役割を果たすと信じる理由があります。そして、新しい世代のコンセンサスプロトコルがこの技術の発展にしっかりとした基盤を提供するでしょう。
! 業界調査レポート:ブロックチェーンコンセンサスプロトコルの最新の進歩と応用