Últimos avanços e aplicações do protocolo de consenso de blockchain
A tecnologia Blockchain, como um tipo de tecnologia de livro-razão distribuído descentralizado, garante a integridade e a consistência dos dados através de mecanismos de consenso. O mecanismo de consenso é o núcleo dos sistemas Blockchain, e seu desempenho afeta diretamente a escalabilidade e a segurança do Blockchain. O mecanismo de consenso de Tolerância a Falhas Bizantinas Assíncronas (BFT) possui vantagens únicas na abordagem de atrasos de rede e falhas de nós parciais, tornando-se, assim, um foco de pesquisa.
Este relatório explora o estado atual dos protocolos de consenso blockchain, concentrando-se nos recentes avanços no protocolo assíncrono Byzantine Fault-Tolerant State Machine Replication (BFT SMR). O protocolo assíncrono atual mais rápido é o VABA de 2 cadeias com uma latência esperada de 9,5δ. No entanto, devido a vulnerabilidades, o protocolo não conseguiu atingir o desempenho esperado. Como resultado, o sMVBA torna-se o protocolo MVBA assíncrono mais rápido disponível, com uma latência esperada de 10δ. O relatório também propõe dois novos designs de protocolo, 2PAC (consenso assíncrono de 2 fases) e blocos pipelined ultrarrápidos, que demonstram melhorias significativas na taxa de transferência e latência.
Modelos e Definições
No modelo BFT assíncrono, o sistema é composto por n = 3f + 1 processos, onde f processos podem ser comprometidos maliciosamente. Esses processos se comunicam entre si através de canais assíncronos, e o atraso na entrega das mensagens é incontrolável. Cada processo possui um par de chaves pública e privada para assinatura e verificação, garantindo a autenticidade e integridade das mensagens.
Blockchain Consenso
O protocolo de consenso da Blockchain visa garantir que todos os nós honestos cheguem a um acordo sobre o estado da blockchain. Cada nó recebe continuamente novas transações, empacotando-as em blocos, e assegura, através do protocolo de consenso, que esses blocos sejam acordados entre todos os nós honestos. O protocolo de consenso da Blockchain deve atender aos seguintes requisitos básicos:
Atividade: existe uma blockchain de comprimento infinito já decidida em execução infinita.
Consistência: Se existirem duas blockchains decididas, uma delas deve ser um prefixo da outra.
Qualidade P: No blockchain já decidido, a proporção de transações inseridas por nós honestos deve ser pelo menos p.
Desafios atuais do protocolo de consenso assíncrono
Embora o protocolo VABA de 2-chain tenha um atraso esperado de 9,5δ, existem várias formas de ataque que comprometem sua consistência e atividade. Por exemplo, ataques que exploram a falta de verificação de autenticação, ataques que impedem a atividade utilizando estratégias de elevação, e ataques de consistência resultantes da definição relaxada da autenticação do líder. Embora o protocolo tenha introduzido alguns novos mecanismos, como a execução paralela de várias instâncias, ainda não conseguiu resolver completamente esses problemas.
Novo design de protocolo: 2PAC (Consenso assíncrono em 2 fases)
Baseando-se na análise dos protocolos existentes, os pesquisadores propuseram o protocolo 2PAC. Este protocolo melhora significativamente o desempenho ao simplificar e otimizar o processo de consenso. Isso inclui duas variantes:
2PAClean：
Alcançou uma taxa de transferência de +90% e uma latência esperada de 9.5δ, com uma complexidade de mensagem de O(n²).
A eficiência do protocolo foi melhorada ao eliminar interações e custos de cálculo desnecessários.
2PACBIG：
É o protocolo de consenso de Blockchain mais rápido com complexidade de mensagem de O(n³).
O tempo de execução único do MVBA sem falhas é de 4δ, reduzindo significativamente a latência.
Super rápido pipeline Blockchain
Os pesquisadores propuseram um novo design de bloco em pipeline, que reduz significativamente a latência do bloco em pipeline. Ao introduzir um mecanismo de caminho rápido, sob um escalonador justo, o tempo de decisão do bloco em pipeline é até menor do que o do bloco não em pipeline. Esse mecanismo garante a latência do caminho rápido em todas as execuções e não é afetado pelo comportamento de processos com falha.
Resultados da Quantificação
Através de análises teóricas e testes práticos, a 2PAClean tem um atraso esperado de 9.5δ no pior cenário, enquanto no bom cenário (sem falhas e o planejador semi-justo) é de 6δ. Em comparação, o atraso esperado do sMVBA é de 10δ, e no bom cenário é de 6δ. Assim, a 2PAClean reduziu o atraso no pior caso em 0.5δ, mantendo o mesmo atraso no bom caso. Além disso, a taxa de transferência da 2PAClean aumentou em 80% a 100% em comparação com a sMVBA em cadeia, principalmente devido à nova concepção que evita o descarte desnecessário de blocos e sobrecarga computacional.
2PACBIG como um protocolo com complexidade de mensagem O(n³), tem um tempo de execução de MVBA de 4δ, mais rápido do que todos os protocolos existentes. Além disso, o design de bloco em pipeline ultrarrápido permite que s2PAClean e s2PACBIG alcancem tempos de decisão de bloco em pipeline de 4δ e 3δ, respectivamente, melhorando ainda mais o desempenho do protocolo.
Avaliação de Cálculo
Para validar o desempenho do novo protocolo, os pesquisadores realizaram uma ampla avaliação computacional. Os resultados mostraram que o 2PAClean e o 2PACBIG apresentaram um desempenho excelente em várias condições de rede, especialmente em ambientes de alta latência e alta taxa de falhas. Especificamente, o 2PAClean alcançou um bom equilíbrio entre a latência de mensagem e a complexidade computacional, enquanto o 2PACBIG conseguiu uma latência mais baixa através da paralelização e otimização do processo de votação.
Direções futuras de pesquisa
otimização do protocolo: simplificar e otimizar ainda mais a estrutura do protocolo, reduzindo a comunicação e os custos de cálculo desnecessários.
Análise de segurança: Analisar profundamente a segurança do novo protocolo em vários cenários de ataque, garantindo sua confiabilidade em aplicações práticas.
Aplicação prática: aplicar o novo protocolo em sistemas de Blockchain reais, verificando o seu desempenho em ambientes de rede reais.
Com o contínuo desenvolvimento da tecnologia Blockchain, o protocolo de consenso BFT assíncrono desempenhará um papel cada vez mais importante na garantia da segurança e na melhoria do desempenho. O design do 2PAC e do bloco de pipeline ultrarrápido demonstra a direção futura do desenvolvimento dos protocolos de consenso Blockchain, ou seja, ao simplificar a estrutura do protocolo e otimizar o processo de consenso, alcançar maior throughput e menor latência.
Esses novos protocolos não apenas provaram sua superioridade em teoria, mas também mostraram um desempenho excelente em testes práticos, oferecendo novas ideias para a realização de protocolos de consenso Blockchain eficientes e seguros. Através de pesquisas e otimizações contínuas, a tecnologia Blockchain desempenhará um papel ainda mais importante na futura economia digital, enquanto a nova geração de protocolos de consenso fornecerá uma base sólida para o desenvolvimento dessa tecnologia.
Ver original
Esta página pode conter conteúdos de terceiros, que são fornecidos apenas para fins informativos (sem representações/garantias) e não devem ser considerados como uma aprovação dos seus pontos de vista pela Gate, nem como aconselhamento financeiro ou profissional. Consulte a Declaração de exoneração de responsabilidade para obter mais informações.
13 gostos
Recompensa
13
9
Partilhar
Comentar
0/400
ETHReserveBank
· 08-02 04:58
Deu errado, meu jovem.
Ver originalResponder0
WalletDetective
· 08-01 18:19
A taxa de throughput é o núcleo.
Ver originalResponder0
MainnetDelayedAgain
· 08-01 17:32
De fato rápido, mas instável
Ver originalResponder0
SignatureDenied
· 07-30 09:26
Esta latência ainda não é curta o suficiente.
Ver originalResponder0
NullWhisperer
· 07-30 09:26
O desempenho pode ser ainda mais rápido
Ver originalResponder0
AirdropBlackHole
· 07-30 09:23
técnico dececionante bombearam
Ver originalResponder0
BankruptcyArtist
· 07-30 09:22
O aumento de desempenho está muito lento, não está?
Ver originalResponder0
DevChive
· 07-30 09:22
A melhoria de velocidade é realmente agradável.
Ver originalResponder0
OffchainOracle
· 07-30 09:14
Ainda há como lidar com a capacidade de processamento.
Inovação do protocolo 2PAC: o consenso Blockchain alcança 9.5δ de latência e um aumento de 90% na capacidade de processamento
Últimos avanços e aplicações do protocolo de consenso de blockchain
A tecnologia Blockchain, como um tipo de tecnologia de livro-razão distribuído descentralizado, garante a integridade e a consistência dos dados através de mecanismos de consenso. O mecanismo de consenso é o núcleo dos sistemas Blockchain, e seu desempenho afeta diretamente a escalabilidade e a segurança do Blockchain. O mecanismo de consenso de Tolerância a Falhas Bizantinas Assíncronas (BFT) possui vantagens únicas na abordagem de atrasos de rede e falhas de nós parciais, tornando-se, assim, um foco de pesquisa.
Este relatório explora o estado atual dos protocolos de consenso blockchain, concentrando-se nos recentes avanços no protocolo assíncrono Byzantine Fault-Tolerant State Machine Replication (BFT SMR). O protocolo assíncrono atual mais rápido é o VABA de 2 cadeias com uma latência esperada de 9,5δ. No entanto, devido a vulnerabilidades, o protocolo não conseguiu atingir o desempenho esperado. Como resultado, o sMVBA torna-se o protocolo MVBA assíncrono mais rápido disponível, com uma latência esperada de 10δ. O relatório também propõe dois novos designs de protocolo, 2PAC (consenso assíncrono de 2 fases) e blocos pipelined ultrarrápidos, que demonstram melhorias significativas na taxa de transferência e latência.
Modelos e Definições
No modelo BFT assíncrono, o sistema é composto por n = 3f + 1 processos, onde f processos podem ser comprometidos maliciosamente. Esses processos se comunicam entre si através de canais assíncronos, e o atraso na entrega das mensagens é incontrolável. Cada processo possui um par de chaves pública e privada para assinatura e verificação, garantindo a autenticidade e integridade das mensagens.
Blockchain Consenso
O protocolo de consenso da Blockchain visa garantir que todos os nós honestos cheguem a um acordo sobre o estado da blockchain. Cada nó recebe continuamente novas transações, empacotando-as em blocos, e assegura, através do protocolo de consenso, que esses blocos sejam acordados entre todos os nós honestos. O protocolo de consenso da Blockchain deve atender aos seguintes requisitos básicos:
Desafios atuais do protocolo de consenso assíncrono
Embora o protocolo VABA de 2-chain tenha um atraso esperado de 9,5δ, existem várias formas de ataque que comprometem sua consistência e atividade. Por exemplo, ataques que exploram a falta de verificação de autenticação, ataques que impedem a atividade utilizando estratégias de elevação, e ataques de consistência resultantes da definição relaxada da autenticação do líder. Embora o protocolo tenha introduzido alguns novos mecanismos, como a execução paralela de várias instâncias, ainda não conseguiu resolver completamente esses problemas.
Novo design de protocolo: 2PAC (Consenso assíncrono em 2 fases)
Baseando-se na análise dos protocolos existentes, os pesquisadores propuseram o protocolo 2PAC. Este protocolo melhora significativamente o desempenho ao simplificar e otimizar o processo de consenso. Isso inclui duas variantes:
2PAClean：
2PACBIG：
Super rápido pipeline Blockchain
Os pesquisadores propuseram um novo design de bloco em pipeline, que reduz significativamente a latência do bloco em pipeline. Ao introduzir um mecanismo de caminho rápido, sob um escalonador justo, o tempo de decisão do bloco em pipeline é até menor do que o do bloco não em pipeline. Esse mecanismo garante a latência do caminho rápido em todas as execuções e não é afetado pelo comportamento de processos com falha.
Resultados da Quantificação
Através de análises teóricas e testes práticos, a 2PAClean tem um atraso esperado de 9.5δ no pior cenário, enquanto no bom cenário (sem falhas e o planejador semi-justo) é de 6δ. Em comparação, o atraso esperado do sMVBA é de 10δ, e no bom cenário é de 6δ. Assim, a 2PAClean reduziu o atraso no pior caso em 0.5δ, mantendo o mesmo atraso no bom caso. Além disso, a taxa de transferência da 2PAClean aumentou em 80% a 100% em comparação com a sMVBA em cadeia, principalmente devido à nova concepção que evita o descarte desnecessário de blocos e sobrecarga computacional.
2PACBIG como um protocolo com complexidade de mensagem O(n³), tem um tempo de execução de MVBA de 4δ, mais rápido do que todos os protocolos existentes. Além disso, o design de bloco em pipeline ultrarrápido permite que s2PAClean e s2PACBIG alcancem tempos de decisão de bloco em pipeline de 4δ e 3δ, respectivamente, melhorando ainda mais o desempenho do protocolo.
Avaliação de Cálculo
Para validar o desempenho do novo protocolo, os pesquisadores realizaram uma ampla avaliação computacional. Os resultados mostraram que o 2PAClean e o 2PACBIG apresentaram um desempenho excelente em várias condições de rede, especialmente em ambientes de alta latência e alta taxa de falhas. Especificamente, o 2PAClean alcançou um bom equilíbrio entre a latência de mensagem e a complexidade computacional, enquanto o 2PACBIG conseguiu uma latência mais baixa através da paralelização e otimização do processo de votação.
Direções futuras de pesquisa
Com o contínuo desenvolvimento da tecnologia Blockchain, o protocolo de consenso BFT assíncrono desempenhará um papel cada vez mais importante na garantia da segurança e na melhoria do desempenho. O design do 2PAC e do bloco de pipeline ultrarrápido demonstra a direção futura do desenvolvimento dos protocolos de consenso Blockchain, ou seja, ao simplificar a estrutura do protocolo e otimizar o processo de consenso, alcançar maior throughput e menor latência.
Esses novos protocolos não apenas provaram sua superioridade em teoria, mas também mostraram um desempenho excelente em testes práticos, oferecendo novas ideias para a realização de protocolos de consenso Blockchain eficientes e seguros. Através de pesquisas e otimizações contínuas, a tecnologia Blockchain desempenhará um papel ainda mais importante na futura economia digital, enquanto a nova geração de protocolos de consenso fornecerá uma base sólida para o desenvolvimento dessa tecnologia.