Tiến triển và ứng dụng mới nhất của giao thức nhận thức chung Blockchain

Tóm tắt báo cáo

Báo cáo này khảo sát sâu về tình trạng phát triển của giao thức nhận thức chung blockchain, tập trung phân tích những tiến bộ mới nhất của giao thức sao chép trạng thái chịu lỗi Byzantine bất đồng bộ (BFT SMR). Hiện tại, sMVBA được coi là giao thức MVBA bất đồng bộ nhanh nhất, với độ trễ dự kiến là 10δ. Báo cáo cũng giới thiệu hai thiết kế giao thức đổi mới: 2PAC (nhận thức chung bất đồng bộ 2 giai đoạn) và khối siêu nhanh theo dạng ống, những thiết kế mới này đều thể hiện sự cải tiến đáng kể về thông lượng và độ trễ.

Tổng quan về cơ chế nhận thức chung Blockchain

Công nghệ Blockchain như một công nghệ sổ cái phân tán phi tập trung, thông qua cơ chế Nhận thức chung để đảm bảo tính toàn vẹn và nhất quán của dữ liệu. Cơ chế Nhận thức chung là cốt lõi của hệ thống Blockchain, trực tiếp ảnh hưởng đến khả năng mở rộng và độ an toàn của nó. Cơ chế Nhận thức chung BFT (Tolerant Byzantine Fault) có những lợi thế độc đáo trong việc đối phó với độ trễ mạng và sự cố của một số nút, do đó trở thành trọng tâm nghiên cứu.

Mô hình và định nghĩa

Trong mô hình BFT không đồng bộ, hệ thống bao gồm n = 3f + 1 tiến trình, trong đó f tiến trình có thể bị phá hoại một cách độc hại. Các tiến trình này giao tiếp với nhau qua các kênh không đồng bộ, độ trễ truyền tin do kẻ thù kiểm soát. Mỗi tiến trình sở hữu một cặp khóa công khai và riêng tư để ký và xác thực, đảm bảo tính xác thực và toàn vẹn của tin nhắn.

Yêu cầu nhận thức chung Blockchain

Giao thức nhận thức chung Blockchain cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:

1. Hoạt tính: Trong việc thực hiện vô hạn, có một chuỗi khối vô hạn đã được quyết định.
2. Tính nhất quán: Nếu có hai chuỗi Blockchain đã được quyết định, thì một trong số đó phải là tiền tố của chuỗi còn lại.
3. Chất lượng P: Trong chuỗi khối đã được xác định, tỉ lệ giao dịch do các nút trung thực nhập vào ít nhất là p.

Thách thức của giao thức nhận thức chung bất đồng bộ hiện tại

Mặc dù một số giao thức đã giới thiệu cơ chế mới, chẳng hạn như chạy song song nhiều实例平行, nhưng vẫn còn tồn tại một số vấn đề như thiếu kiểm tra xác thực, sử dụng chiến lược nâng cao cản trở hoạt động, và nới lỏng định nghĩa xác thực của người lãnh đạo, những vấn đề này có thể dẫn đến sự phá hủy tính nhất quán và hoạt động.

Thiết kế giao thức mới: 2PAC (Nhận thức chung bất đồng bộ 2 giai đoạn)

Dựa trên phân tích các giao thức hiện có, các nhà nghiên cứu đã đề xuất giao thức 2PAC, bao gồm hai biến thể:

1. 2PAClean：

   • Đạt được +90% thông lượng và độ trễ dự kiến 9.5δ, độ phức tạp thông điệp là O(n²).
   • Nâng cao hiệu quả giao thức bằng cách loại bỏ các tương tác và chi phí tính toán không cần thiết.

2. 2PACBIG：

   • Là giao thức nhận thức chung Blockchain nhanh nhất hiện nay với độ phức tạp thông điệp là O(n³).
   • Thời gian chạy MVBA một lần không gặp sự cố là 4δ, giảm đáng kể độ trễ.

Siêu nhanh dòng chảy khối

Các nhà nghiên cứu đã đề xuất một thiết kế khối theo chuỗi mới, thông qua việc đưa vào cơ chế đường nhanh, đã giảm đáng kể độ trễ của khối theo chuỗi. Dưới bộ lập lịch công bằng, thời gian quyết định của khối theo chuỗi có thể thậm chí nhỏ hơn khối không theo chuỗi.

Kết quả định lượng

Thông qua phân tích lý thuyết và thử nghiệm thực tế, độ trễ kỳ vọng của 2PAClean trong trường hợp xấu nhất là 9.5δ, trong trường hợp tốt là 6δ. So với đó, độ trễ kỳ vọng của sMVBA là 10δ, trong trường hợp tốt là 6δ. Thông lượng của 2PAClean so với sMVBA chuỗi tăng từ 80% đến 100%.

Thời gian chạy một lần MVBA của 2PACBIG là 4δ, nhanh hơn so với giao thức hiện có. Thiết kế khối chuỗi siêu nhanh giúp s2PAClean và s2PACBIG lần lượt đạt được thời gian quyết định khối chuỗi là 4δ và 3δ.

Đánh giá tính toán

Đánh giá tính toán rộng rãi cho thấy, 2PAClean và 2PACBIG thể hiện hiệu suất xuất sắc trong các điều kiện mạng khác nhau, đặc biệt là trong môi trường có độ trễ cao và tỷ lệ lỗi cao. 2PAClean đạt được sự cân bằng tốt giữa độ trễ truyền tin và độ phức tạp tính toán, trong khi 2PACBIG đạt được độ trễ thấp hơn thông qua việc song song hóa và tối ưu hóa quy trình bỏ phiếu.

Hướng nghiên cứu trong tương lai

1. Giao thức tối ưu: Tiến hành đơn giản hóa và tối ưu hóa cấu trúc giao thức, giảm thiểu việc truyền tải tin nhắn không cần thiết và chi phí tính toán.
2. Phân tích an toàn: Phân tích sâu về an toàn của giao thức mới trong các tình huống tấn công khác nhau, đảm bảo tính đáng tin cậy của nó trong ứng dụng thực tế.
3. Ứng dụng thực tế: Áp dụng giao thức mới vào hệ thống Blockchain thực tế, xác minh hiệu suất của nó trong môi trường mạng thực.

Kết luận

Báo cáo này phân tích chi tiết những ưu nhược điểm của giao thức nhận thức chung blockchain không đồng bộ hiện tại và đề xuất hai thiết kế giao thức mới: 2PAC và khối dòng siêu tốc. Những thiết kế mới này thể hiện ưu thế đáng kể trong việc tăng cường thông lượng và giảm độ trễ, cung cấp tham khảo quan trọng cho sự phát triển công nghệ blockchain trong tương lai. Thông qua nghiên cứu và tối ưu hóa liên tục, công nghệ blockchain có khả năng đóng vai trò ngày càng quan trọng trong nền kinh tế số trong tương lai, trong khi các giao thức nhận thức chung thế hệ mới sẽ cung cấp nền tảng vững chắc cho sự phát triển của công nghệ này.