Avanços e aplicações mais recentes do protocolo de consenso da Blockchain
A tecnologia Blockchain, como uma 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 de 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 resposta a atrasos de rede e à falha de nós parciais, tornando-se, portanto, o foco da pesquisa.
Este artigo explora o estado atual do desenvolvimento dos protocolos de consenso de Blockchain, com foco na análise dos últimos avanços do protocolo de replicação de máquinas de estado tolerantes a falhas bizantinas assíncronas (BFT SMR). O protocolo assíncrono mais rápido atualmente é o sMVBA, com uma latência esperada de 10δ. O artigo também apresenta dois novos designs de protocolo, nomeadamente o 2PAC (consenso assíncrono em 2 etapas) e blocos de pipeline super-rápidos, demonstrando melhorias significativas em termos de throughput e latência.
Modelos e Definições
No modelo BFT assíncrono, o sistema é composto por n = 3f + 1 processos, onde f processos podem ser maliciosamente comprometidos pelo adversário. Esses processos se comunicam entre si através de canais assíncronos, e a latência na transmissão de mensagens é controlada pelo adversário. 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 tem como objetivo fazer com que todos os nós honestos cheguem a um consenso sobre o estado da blockchain. Especificamente, cada nó recebe continuamente novas transações e as empacota em blocos, garantindo através do protocolo de consenso que esses blocos sejam acordados em todos os nós honestos. O protocolo de consenso da blockchain deve atender aos seguintes requisitos básicos:
Atividade (Liveness): em uma execução infinita, existe uma blockchain de bloco decidido de comprimento infinito.
Consistência: se existirem duas cadeias de blocos decididas, uma delas deve ser o prefixo da outra.
P qualidade (P-Quality): No blockchain decidido, a proporção de transações inseridas por nós honestos deve ser pelo menos p.
Desafios atuais do protocolo de consenso assíncrono
O atual protocolo de consenso assíncrono enfrenta vários desafios, incluindo a potencial violação da consistência e da vitalidade. Por exemplo, a falta de verificação de autenticação pode levar a ataques, estratégias de elevação podem obstruir a vitalidade, e a definição relaxada da autenticação do líder pode resultar em ataques de consistência, entre outros. Apesar de alguns protocolos terem introduzido novos mecanismos, como a execução paralela de múltiplas instâncias, ainda não conseguiram resolver completamente esses problemas.
Novo design de protocolo: 2PAC (Consenso assíncrono em 2 fases)
Com base na análise dos protocolos existentes, os pesquisadores propuseram o protocolo 2PAC. Este protocolo, ao simplificar e otimizar o processo de consenso, melhorou significativamente o desempenho. Especificamente, inclui duas variantes:
2PAClean：
Atingiu uma taxa de transferência de +90% e uma latência esperada de 9.5δ, com complexidade de mensagem de O(n²).
A eficiência do protocolo foi melhorada ao eliminar interações e custos de computação desnecessários.
2PACBIG：
É o protocolo de consenso de blockchain mais rápido com complexidade de mensagem atualmente de O(n³).
O tempo de execução único do MVBA sem falhas é de 4δ, reduzindo drasticamente a latência.
Super rápida linha de Bloco
Os pesquisadores propuseram um novo design de bloco em pipeline, que reduz significativamente a latência dos blocos em pipeline. Ao introduzir um mecanismo de caminho rápido, o tempo de decisão dos blocos em pipeline é até menor do que o dos blocos não em pipeline sob um escalonador justo. Este mecanismo garante a latência do caminho rápido em todas as execuções e não é afetado pelo comportamento de processos com falhas.
Resultados de Quantificação
Através de análise teórica e testes práticos, a 2PAClean tem um atraso esperado de 9.5δ no pior cenário, enquanto no bom cenário (sem falhas e com escalonador 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 cenário em 0.5δ, mantendo o mesmo atraso no bom cenário. Além disso, a taxa de transferência da 2PAClean aumentou em 80% a 100% em comparação com o sMVBA em cadeia, principalmente devido à nova concepção que evita descartes desnecessários de blocos e sobrecarga computacional.
2PACBIG, como um protocolo com complexidade de mensagem O(n³), tem um tempo de execução MVBA de 4δ, sendo mais rápido do que todos os protocolos existentes. Além disso, o design de bloco em pipeline super rápido 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 2PAClean e 2PACBIG apresentaram desempenho excelente sob várias condições de rede, especialmente em ambientes de alta latência e alta taxa de falhas. Especificamente, o 2PAClean conseguiu um bom equilíbrio entre a latência de mensagens e a complexidade computacional, enquanto o 2PACBIG alcançou 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 de segurança e na melhoria do desempenho. Pesquisas futuras podem explorar ainda mais as seguintes direções:
otimização do protocolo: simplificar e otimizar ainda mais a estrutura do protocolo, reduzindo a comunicação desnecessária e os custos de computação.
Análise de segurança: análise profunda da segurança do novo protocolo em vários cenários de ataque, garantindo a sua fiabilidade na aplicação prática.
Aplicação prática: aplicar o novo protocolo a sistemas de Blockchain reais, verificando o seu desempenho em ambientes de rede reais.
Através de pesquisa e otimização contínuas, temos razões para acreditar que a tecnologia Blockchain desempenhará um papel ainda mais importante na futura economia digital, e que a nova geração de protocolos de Consenso fornecerá uma base sólida para o desenvolvimento desta tecnologia.
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MetaverseVagrant
· 07-18 02:01
Então começou a competição de desempenho novamente.
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AirdropChaser
· 07-17 09:11
Aumentar a taxa de processamento em k vezes, certo? Está a exagerar novamente.
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fork_in_the_road
· 07-17 07:48
Quem é que consegue perceber isso?
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GateUser-3824aa38
· 07-15 05:57
Negociação de criptomoedas justifica-se pela eficiência do consenso!
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DefiEngineerJack
· 07-15 05:53
*suspiro* outro 'avanço' que ainda não consegue superar rollups L2 devidamente otimizados...
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AlwaysMissingTops
· 07-15 05:45
Outra vez a brincar com esta armadilha, muito trabalho para pouco retorno.
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Layer3Dreamer
· 07-15 05:45
teoricamente falando, a natureza recursiva das transições de estado do 2PAC é pura genialidade...
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LiquidatorFlash
· 07-15 05:43
Muito perigoso, o TPS aumentou em 80% e ainda assim ousam brincar assim.
Novo protocolo de consenso BFT assíncrono impulsiona o desempenho do Blockchain.
Avanços e aplicações mais recentes do protocolo de consenso da Blockchain
A tecnologia Blockchain, como uma 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 de 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 resposta a atrasos de rede e à falha de nós parciais, tornando-se, portanto, o foco da pesquisa.
Este artigo explora o estado atual do desenvolvimento dos protocolos de consenso de Blockchain, com foco na análise dos últimos avanços do protocolo de replicação de máquinas de estado tolerantes a falhas bizantinas assíncronas (BFT SMR). O protocolo assíncrono mais rápido atualmente é o sMVBA, com uma latência esperada de 10δ. O artigo também apresenta dois novos designs de protocolo, nomeadamente o 2PAC (consenso assíncrono em 2 etapas) e blocos de pipeline super-rápidos, demonstrando melhorias significativas em termos de throughput e latência.
Modelos e Definições
No modelo BFT assíncrono, o sistema é composto por n = 3f + 1 processos, onde f processos podem ser maliciosamente comprometidos pelo adversário. Esses processos se comunicam entre si através de canais assíncronos, e a latência na transmissão de mensagens é controlada pelo adversário. 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 tem como objetivo fazer com que todos os nós honestos cheguem a um consenso sobre o estado da blockchain. Especificamente, cada nó recebe continuamente novas transações e as empacota em blocos, garantindo através do protocolo de consenso que esses blocos sejam acordados em todos os nós honestos. O protocolo de consenso da blockchain deve atender aos seguintes requisitos básicos:
Desafios atuais do protocolo de consenso assíncrono
O atual protocolo de consenso assíncrono enfrenta vários desafios, incluindo a potencial violação da consistência e da vitalidade. Por exemplo, a falta de verificação de autenticação pode levar a ataques, estratégias de elevação podem obstruir a vitalidade, e a definição relaxada da autenticação do líder pode resultar em ataques de consistência, entre outros. Apesar de alguns protocolos terem introduzido novos mecanismos, como a execução paralela de múltiplas instâncias, ainda não conseguiram resolver completamente esses problemas.
Novo design de protocolo: 2PAC (Consenso assíncrono em 2 fases)
Com base na análise dos protocolos existentes, os pesquisadores propuseram o protocolo 2PAC. Este protocolo, ao simplificar e otimizar o processo de consenso, melhorou significativamente o desempenho. Especificamente, inclui duas variantes:
2PAClean：
2PACBIG：
Super rápida linha de Bloco
Os pesquisadores propuseram um novo design de bloco em pipeline, que reduz significativamente a latência dos blocos em pipeline. Ao introduzir um mecanismo de caminho rápido, o tempo de decisão dos blocos em pipeline é até menor do que o dos blocos não em pipeline sob um escalonador justo. Este mecanismo garante a latência do caminho rápido em todas as execuções e não é afetado pelo comportamento de processos com falhas.
Resultados de Quantificação
Através de análise teórica e testes práticos, a 2PAClean tem um atraso esperado de 9.5δ no pior cenário, enquanto no bom cenário (sem falhas e com escalonador 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 cenário em 0.5δ, mantendo o mesmo atraso no bom cenário. Além disso, a taxa de transferência da 2PAClean aumentou em 80% a 100% em comparação com o sMVBA em cadeia, principalmente devido à nova concepção que evita descartes desnecessários de blocos e sobrecarga computacional.
2PACBIG, como um protocolo com complexidade de mensagem O(n³), tem um tempo de execução MVBA de 4δ, sendo mais rápido do que todos os protocolos existentes. Além disso, o design de bloco em pipeline super rápido 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 2PAClean e 2PACBIG apresentaram desempenho excelente sob várias condições de rede, especialmente em ambientes de alta latência e alta taxa de falhas. Especificamente, o 2PAClean conseguiu um bom equilíbrio entre a latência de mensagens e a complexidade computacional, enquanto o 2PACBIG alcançou 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 de segurança e na melhoria do desempenho. Pesquisas futuras podem explorar ainda mais as seguintes direções:
Através de pesquisa e otimização contínuas, temos razões para acreditar que a tecnologia Blockchain desempenhará um papel ainda mais importante na futura economia digital, e que a nova geração de protocolos de Consenso fornecerá uma base sólida para o desenvolvimento desta tecnologia.