أحدث التطورات والتطبيقات لبروتوكول الإجماع على البلوكتشين

تستكشف هذه التقرير بعمق حالة تطوير بروتوكول الإجماع للبلوكتشين، مع التركيز على تحليل أحدث التطورات في بروتوكول النسخ المتزامن للخطأ البايزنطي غير المتزامن (BFT SMR). حالياً، يُعتبر sMVBA أسرع بروتوكول MVBA غير المتزامن، مع تأخير متوقع قدره 10δ. يقدم التقرير تصميمين جديدين للبروتوكول: 2PAC (الإجماع غير المتزامن على مرحلتين) وكتلة خط أنابيب فائقة السرعة، حيث تظهر تحسينات ملحوظة في السعة والتأخير.

تعتبر تقنية البلوكتشين كتقنية دفاتر حسابات موزعة لا مركزية، حيث تضمن آلية الإجماع تكامل البيانات وتناسقها. تعد آلية الإجماع هي جوهر نظام البلوكتشين، حيث تؤثر أدائها بشكل مباشر على قابلية التوسع والأمان في البلوكتشين. تتمتع آلية الإجماع القائمة على التسامح مع أخطاء بيزنطية غير متزامنة (BFT) بمزايا فريدة في مواجهة تأخير الشبكة وفشل بعض العقد، مما يجعلها محورًا للبحث.

في نموذج BFT غير المتزامن، يتكون النظام من n = 3f + 1 عملية، حيث يمكن أن تتعرض f من العمليات للتخريب الخبيث. تتواصل هذه العمليات مع بعضها البعض عبر قنوات غير متزامنة، ويتم التحكم في تأخير نقل الرسائل بواسطة الخصم. تمتلك كل عملية زوجًا من المفاتيح العامة والخاصة للتوقيع والتحقق، لضمان صحة الرسائل وسلامتها.

بروتوكول الإجماع للبلوكتشين يهدف إلى جعل جميع العقد الصادقة تتفق على حالة البلوكتشين. بشكل محدد، تستقبل كل عقدة باستمرار معاملات جديدة وتقوم بتجميعها في كتلة، من خلال بروتوكول الإجماع لضمان توافق هذه الكتل على جميع العقد الصادقة. يحتاج بروتوكول الإجماع للبلوكتشين إلى تلبية المتطلبات الأساسية مثل النشاط، والاتساق، وجودة P.

استنادًا إلى تحليل البروتوكولات الحالية، اقترح الباحثون بروتوكول 2PAC. يعمل هذا البروتوكول على تحسين وتبسيط عملية الإجماع، مما يزيد الأداء بشكل ملحوظ. ويتضمن ذلك نوعين: 2PAClean و 2PACBIG. يحقق 2PAClean زيادة في القدرة الإنتاجية بنسبة +90% وتأخير متوقع قدره 9.5δ، مع تعقيد الرسالة O(n²). بينما يُعتبر 2PACBIG أسرع بروتوكول إجماع بلوكتشين حاليًا، حيث يُعادل تعقيد الرسالة O(n³)، ووقت تشغيل MVBA الأحادي بدون أعطال هو 4δ.

ابتكار آخر هو تصميم الكتلة السريعة للغاية، مما يقلل بشكل كبير من تأخير الكتلة السريعة. من خلال إدخال آلية المسار السريع، تحت جدولة عادلة، فإن زمن اتخاذ القرار للكتلة السريعة أقل حتى من الكتلة غير السريعة. تضمن هذه الآلية تأخير المسار السريع في جميع التنفيذات، ولا تتأثر بسلوك العمليات المعطلة.

من خلال التحليل النظري والاختبار العملي، فإن التأخير المتوقع في أسوأ الحالات لـ 2PAClean هو 9.5δ، بينما في الحالات الجيدة (بدون أعطال وموفر نصف عادل) يكون 6δ. بالمقارنة، فإن التأخير المتوقع لـ sMVBA هو 10δ، وفي الحالات الجيدة يكون 6δ. لقد زادت قدرة 2PAClean الإنتاجية بنسبة 80% إلى 100% مقارنة بـ sMVBA السلسلية. وقت تشغيل MVBA لمرة واحدة لـ 2PACBIG هو 4δ، وهو أسرع من جميع البروتوكولات الحالية.

لإثبات أداء البروتوكول الجديد، قام الباحثون بإجراء تقييمات حسابية شاملة. أظهرت النتائج أن 2PAClean و 2PACBIG قد أظهرا أداءً ممتازًا تحت مختلف ظروف الشبكة، خاصة في البيئات ذات التأخير العالي ومعدل الفشل العالي. حقق 2PAClean توازنًا جيدًا بين تأخير الرسائل وتعقيد الحساب، بينما حقق 2PACBIG تأخيرًا أقل من خلال التوازي وتحسين عملية التصويت.

مع التطور المستمر لتكنولوجيا البلوكتشين، سيكون لبروتوكول الإجماع BFT غير المتزامن دور متزايد الأهمية في ضمان الأمان وزيادة الأداء. تُظهر تصاميم 2PAC والكتل السريعة للغاية اتجاه تطوير بروتوكولات إجماع البلوكتشين في المستقبل، أي من خلال تبسيط هيكل البروتوكول وتحسين عملية الإجماع، لتحقيق قدرة أعلى على المعالجة وأقل تأخير.

يمكن أن تستكشف الأبحاث المستقبلية الاتجاهات التالية:

1. بروتوكول تحسين: تبسيط وتحسين هيكل البروتوكول بشكل أكبر، وتقليل الرسائل غير الضرورية وأعباء الحساب.
2. تحليل الأمان: تحليل عميق للأمان للبروتوكول الجديد في سيناريوهات الهجوم المختلفة، لضمان موثوقيته في التطبيقات العملية.
3. التطبيق العملي: تطبيق البروتوكول الجديد على أنظمة البلوكتشين الفعلية، والتحقق من أدائه في بيئة الشبكة الحقيقية.

يحلل هذا التقرير بالتفصيل مزايا وعيوب بروتوكولات الإجماع على البلوكتشين غير المتزامنة الحالية، ويقترح تصميمين جديدين للبروتوكول. يظهر التصميم الجديد مزايا كبيرة في زيادة معدل الإنتاجية وتقليل التأخير، مما يوفر مرجعًا مهمًا لتطوير تقنيات البلوكتشين في المستقبل. لم تثبت هذه البروتوكولات الجديدة تفوقها من الناحية النظرية فحسب، بل أظهرت أيضًا أداءً ممتازًا في الاختبارات العملية، مما يوفر أفكارًا جديدة لتحقيق بروتوكولات إجماع آمنة وفعالة على البلوكتشين.

من خلال البحث المستمر والتحسين، ستلعب تقنية البلوكتشين دوراً أكثر أهمية في الاقتصاد الرقمي المستقبلي، بينما سيوفر بروتوكول الإجماع من الجيل الجديد أساساً قوياً لتطوير هذه التقنية.