Последние достижения и применение протокола соглашения Блокчейн

Резюме отчета

Данный отчет углубленно исследует текущее состояние развития протоколов согласования в Блокчейне, с акцентом на последние достижения в области асинхронного византийского устойчивого репликационного протокола (BFT SMR). В настоящее время sMVBA считается самым быстрым асинхронным MVBA-протоколом, ожидаемая задержка составляет 10δ. В отчете также представлены два инновационных дизайна протоколов: 2PAC (асинхронное соглашение в 2 этапа) и сверхбыстрая конвейерная блок-система, которые демонстрируют значительные улучшения как в пропускной способности, так и в задержке.

Обзор механизмов согласования Блокчейн

Технология Блокчейн как децентрализованная распределённая технология учётной записи обеспечивает целостность и согласованность данных через механизм Соглашения. Механизм Соглашения является ядром системы Блокчейн и напрямую влияет на её масштабируемость и безопасность. Асинхронный механизм Бифантина (BFT) имеет уникальные преимущества в борьбе с сетевыми задержками и частичными сбоями узлов, поэтому стал объектом интенсивных исследований.

Модели и определения

В асинхронной модели BFT система состоит из n = 3f + 1 процессов, где f процессов могут быть злонамеренно повреждены. Эти процессы общаются друг с другом через асинхронные каналы, задержка передачи сообщений контролируется противником. Каждый процесс имеет пару открытых и закрытых ключей для подписи и проверки, обеспечивая подлинность и целостность сообщений.

Требования к согласию Блокчейн

Блокчейн соглашение протокол нужно удовлетворять следующим основным требованиям:

1. Активность: в бесконечном исполнении существует бесконечно длинная уже определенная Блокчейн.
2. Согласованность: если существуют две утвержденные Блокчейн, то одна из них должна быть префиксом другой.
3. Качество P: в согласованном Блокчейн, доля транзакций, введенных честными узлами, составляет не менее p.

Текущие вызовы асинхронного соглашения

Несмотря на то, что некоторые Протоколы внедрили новые механизмы, такие как параллельная работа нескольких экземпляров, все еще существуют проблемы, такие как отсутствие проверки аутентификации, использование стратегий увеличения, препятствующих активности, а также ослабление определения аутентификации лидеров, которые могут привести к нарушению согласия и активности.

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

На основе анализа существующего Протокола исследователи предложили Протокол 2PAC, включая два варианта:

1. 2PAClean:

   • Достигнуто +90% пропускной способности и ожидаемая задержка 9.5δ, сложность сообщения составляет O(n²).
   • Улучшена эффективность протокола за счет устранения ненужных взаимодействий и вычислительных затрат.

2. 2PACBIG:

   • Это самый быстрый протокол соглашения Блокчейн с текущей сложностью сообщений O(n³).
   • Безотказное время выполнения одного MVBA составляет 4δ, что значительно снижает задержку.

Супербыстрая конвейерная Блок

Исследователи предложили новый дизайн конвейерного блока, который значительно уменьшает задержку конвейерного блока за счет внедрения механизма быстрого пути. При справедливом планировщике время принятия решения для конвейерного блока может быть даже меньше, чем для неконвейерного блока.

Результаты количественного анализа

Согласно теоретическому анализу и практическим испытаниям, ожидаемая задержка 2PAClean в худшем случае составляет 9.5δ, в хорошем случае — 6δ. В то время как ожидаемая задержка sMVBA составляет 10δ, в хорошем случае — 6δ. Пропускная способность 2PAClean по сравнению с цепочным sMVBA увеличилась на 80% до 100%.

Время выполнения одного MVBA для 2PACBIG составляет 4δ, что быстрее существующего Протокола. Супербыстрая конвейерная архитектура Блоков позволяет s2PAClean и s2PACBIG достигать времени принятия решений по конвейерным Блокам в 4δ и 3δ соответственно.

Расчет оценки

Широкие вычислительные оценки показывают, что 2PAClean и 2PACBIG демонстрируют превосходные характеристики в различных сетевых условиях, особенно в средах с высокой задержкой и высокой частотой сбоев. 2PAClean достигает хорошего баланса 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, сокращение ненужной передачи сообщений и вычислительных затрат.
2. Анализ безопасности: углубленный анализ безопасности нового протокола в различных сценариях атак, чтобы обеспечить его надежность в реальных приложениях.
3. Практическое применение: применить новый Протокол в реальной системе Блокчейн, чтобы проверить его производительность в реальной сетевой среде.

Заключение

Данный отчет подробно анализирует текущие преимущества и недостатки асинхронных протоколов согласования Блокчейн и предлагает два новых проектирования протоколов: 2PAC и сверхбыструю конвейерную Блок. Эти новые разработки показывают значительные преимущества в увеличении пропускной способности и снижении задержки, предоставляя важные рекомендации для будущего развития технологий Блокчейн. Благодаря постоянным исследованиям и оптимизации технологии Блокчейн, ожидается, что она сыграет еще более важную роль в будущем цифровой экономики, а новое поколение протоколов согласования создаст прочную основу для развития этой технологии.