ブロックチェーンコンセンサスプロトコルの最新の進展と応用

ブロックチェーン技術は、非中央集権型の分散台帳技術の代表であり、その核心はコンセンサスメカニズムにあります。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。本稿では、ブロックチェーンコンセンサスプロトコルの発展状況を探り、特に非同期ビザンチン耐障害状態機械複製(BFT SMR)プロトコルの最新の進展を分析します。

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現在の非同期コンセンサスプロトコルの概要

現在、sMVBAは最も高速な非同期MVBAプロトコルで、予想遅延は10δです。2-chain VABAは9.5δの予想遅延を達成したと主張しましたが、複数のセキュリティ脆弱性が存在するため、その実際の性能には疑問が持たれています。これらの脆弱性には、認証チェックの欠如、活性を阻害するための利用促進戦略、リーダー認証定義の緩和による整合性攻撃などが含まれます。

新しいプロトコルの設計

2PAC (2段階非同期コンセンサス)

既存のプロトコルの問題を解決するために、研究者たちは2PACプロトコルを提案し、2つのバリエーションを含んでいます：

1. 2PACleanの:

   • +90%スループットと9.5δの予想遅延を実現
   • メッセージの複雑度はO(n²)です。 プロセスを最適化して効率を向上させる

2. 2パックビッグ:

   • 現在O(n³)のメッセージ複雑度において最も速いブロックチェーン合意プロトコル
   • 障害がない場合、単回のMVBA実行時間はわずか4δです。

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。このメカニズムはファストパスを導入し、公平なスケジューラの下で、パイプラインブロックの意思決定時間は非パイプラインブロックよりも短くなる可能性さえあります。この設計はすべての実行でファストパスの遅延を保証し、故障プロセスの影響を受けません。

性能评估

理論分析と実際のテストは示している：

• 2PACleanの最悪の状況での予想遅延は9.5δであり、良好な状況（故障なしかつスケジューラが半公平）では6δです。
• 2PACleanのスループットは、チェーン型sMVBAより80%-100%向上しています。
• 2PACBIGの単回MVBA実行時間は4δで、既存のすべてのプロトコルより優れています。
• s2PACleanとs2PACBIGはそれぞれ4δと3δのパイプラインブロック決定時間を実現します

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研究の方向性

1. プロトコルの最適化：構造をさらに簡素化し、不要なメッセージの送信と計算コストを削減する
2. セキュリティ分析：新しいプロトコルがさまざまな攻撃シナリオでのパフォーマンスを深く研究する
3. 実際のアプリケーション：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、実際のネットワーク環境での性能を検証する

结语

新しい世代のコンセンサスプロトコルの設計は、ブロックチェーンシステムのスループットとレイテンシ性能を大幅に向上させました。これらの進展は、将来のデジタル経済におけるブロックチェーン技術のより大きな役割を果たすための基盤を築きました。研究が進むにつれて技術が最適化される中で、ブロックチェーンがさまざまな業界で広く利用され、デジタル経済の急速な発展を促進することができると信じる理由があります。