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Yooldo
新協議2PAC和超快速流水線區塊提升區塊鏈共識效率
區塊鏈共識協議的最新進展與應用
報告摘要
本報告深入探討了區塊鏈共識協議的發展現狀,重點分析了異步拜佔庭容錯狀態機復制(BFT SMR)協議的最新進展。目前,sMVBA被認爲是最快的異步MVBA協議,預期延遲爲10δ。報告還介紹了兩種創新的協議設計:2PAC(2階段異步共識)和超快速流水線區塊,這些新設計在吞吐量和延遲方面都展現出顯著的改進。
區塊鏈共識機制概述
區塊鏈技術作爲去中心化的分布式帳本技術,通過共識機制確保數據的完整性和一致性。共識機制是區塊鏈系統的核心,直接影響其可擴展性和安全性。異步拜佔庭容錯(BFT)共識機制在應對網路延遲和部分節點失效方面具有獨特優勢,因此成爲研究重點。
模型與定義
在異步BFT模型中,系統由n = 3f + 1個進程組成,其中f個進程可能被惡意破壞。這些進程通過異步通道相互通信,消息傳遞延遲由對手控制。每個進程擁有一對公私鑰用於籤名和驗證,確保消息的真實性和完整性。
區塊鏈共識要求
區塊鏈共識協議需要滿足以下基本要求:
當前異步共識協議的挑戰
盡管一些協議引入了新機制,如多平行實例並行運行,但仍存在諸如缺乏檢查認證、利用提升策略阻礙活性、以及放寬領導者認證定義等問題,這些問題可能導致一致性和活性的破壞。
新協議設計:2PAC(2階段異步共識)
基於對現有協議的分析,研究者提出了2PAC協議,包括兩個變種:
2PAClean:
2PACBIG:
超快速流水線區塊
研究者提出了一種新的流水線區塊設計,通過引入快速路徑機制,顯著減少了流水線區塊的延遲。在公平調度器下,流水線區塊的決策時間甚至可能小於非流水線區塊。
量化結果
通過理論分析和實際測試,2PAClean在最壞情況下的預期延遲爲9.5δ,良好情況下爲6δ。相比之下,sMVBA的預期延遲爲10δ,良好情況下爲6δ。2PAClean的吞吐量相比鏈式sMVBA提高了80%至100%。
2PACBIG的單次MVBA運行時間爲4δ,比現有協議更快。超快速流水線區塊設計使得s2PAClean和s2PACBIG分別實現了4δ和3δ的流水線區塊決策時間。
計算評估
廣泛的計算評估顯示,2PAClean和2PACBIG在各種網路條件下都表現出優異的性能,特別是在高延遲和高故障率的環境中。2PAClean在消息傳遞延遲和計算復雜度之間實現了良好平衡,而2PACBIG則通過並行化和優化投票過程,實現了更低的延遲。
未來研究方向
結論
本報告詳細分析了當前異步區塊鏈共識協議的優缺點,並提出了兩種新的協議設計:2PAC和超快速流水線區塊。這些新設計在提高吞吐量和減少延遲方面表現出顯著優勢,爲未來的區塊鏈技術發展提供了重要參考。通過不斷的研究和優化,區塊鏈技術有望在未來的數字經濟中發揮更加重要的作用,而新一代的共識協議將爲這一技術的發展提供堅實的基礎。