Последние достижения и применения протокола соглашения Блокчейн

Данный отчет подробно рассматривает текущее состояние разработки протоколов соглашения Блокчейн, с акцентом на последние достижения протокола асинхронного византийского устойчивого к сбоям репликационного состояния (BFT SMR). В настоящее время sMVBA является самым быстрым асинхронным MVBA протоколом, с ожидаемой задержкой в 10δ. В отчете предложены два новых проектирования протоколов: 2PAC (двухступенчатое асинхронное соглашение) и сверхбыстрая конвейерная Блок, которые продемонстрировали значительные улучшения в отношении пропускной способности и задержки.

Технология Блокчейн как децентрализованная распределенная бухгалтерская технология обеспечивает целостность и согласованность данных через механизм Соглашения. Механизм Соглашения является ядром системы Блокчейн, его производительность напрямую влияет на масштабируемость и безопасность Блокчейн. Асинхронный алгоритм обхода Бейзентинских ошибок (BFT) имеет уникальные преимущества в борьбе с сетевыми задержками и частичной неисправностью узлов, поэтому стал объектом активных исследований.

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

Протокол Соглашения Блокчейн предназначен для того, чтобы все честные узлы достигли согласия относительно состояния Блокчейн. Конкретно, каждый узел постоянно получает новые транзакции и упаковывает их в Блоки, обеспечивая согласие этих Блоков на всех честных узлах через Протокол Соглашения. Протокол Соглашения Блокчейн должен соответствовать основным требованиям, таким как активность, согласованность и качество P.

На основе анализа существующих протоколов исследователи предложили протокол 2PAC. Этот протокол значительно увеличивает производительность за счет упрощения и оптимизации процесса соглашения. В частности, он включает два варианта: 2PAClean и 2PACBIG. 2PAClean обеспечивает +90% пропускной способности и ожидаемую задержку 9.5δ, сложность сообщений составляет O(n²). 2PACBIG является самым быстрым протоколом соглашения в блокчейне с текущей сложностью сообщений O(n³), время выполнения MVBA без сбоев составляет 4δ.

Другим нововведением является дизайн сверхбыстрого конвейерного блока, который значительно уменьшает задержку конвейерных блоков. Внедрение механизма быстрого пути позволяет сократить время принятия решений для конвейерных блоков даже по сравнению с неконвейерными блоками при справедливом планировщике. Этот механизм обеспечивает задержку быстрого пути во всех исполнениях и не подвержен влиянию поведения сбойных процессов.

С помощью теоретического анализа и практического тестирования, ожидаемая задержка 2PAClean в худшем случае составляет 9.5δ, а в хорошем случае (без сбоев и полусправедливый планировщик) — 6δ. В то же время, ожидаемая задержка sMVBA составляет 10δ, а в хорошем случае — 6δ. Пропускная способность 2PAClean на 80%–100% выше по сравнению с цепочечным sMVBA. Время выполнения одного MVBA для 2PACBIG составляет 4δ, что быстрее, чем у всех существующих протоколов.

Для проверки производительности нового протокола исследователи провели обширную вычислительную оценку. Результаты показали, что 2PAClean и 2PACBIG демонстрируют отличные результаты в различных сетевых условиях, особенно в условиях высокой задержки и высокой частоты сбоев. 2PAClean обеспечивает хороший баланс между задержкой передачи сообщений и вычислительной сложностью, в то время как 2PACBIG достигает меньшей задержки благодаря параллелизации и оптимизации процесса голосования.

С развитием технологий Блокчейн протокол асинхронного BFT будет играть все более важную роль в обеспечении безопасности и повышении производительности. Дизайн 2PAC и сверхбыстрой конвейерной Блоков демонстрирует направление развития будущих протоколов Блокчейн, а именно упрощение структуры протокола и оптимизация процесса согласования для достижения большей пропускной способности и более низкой задержки.

Будущие исследования могут дополнительно изучить следующие направления:

1. Оптимизация протокола: дальнейшее упрощение и оптимизация структуры протокола, снижение ненужной передачи сообщений и вычислительных затрат.
2. Анализ безопасности: углубленный анализ безопасности нового протокола в различных сценариях атак, чтобы гарантировать его надежность в реальных приложениях.
3. Практическое применение: применение нового протокола в реальных системах Блокчейн для проверки его производительности в условиях реальной сети.

В этом отчете подробно анализируются преимущества и недостатки текущих асинхронных блокчейн-соглашений, а также предлагаются два новых проектирования протоколов. Новые разработки продемонстрировали значительные преимущества в повышении пропускной способности и снижении задержки, предоставив важные ссылки для будущего развития технологии блокчейн. Эти новые протоколы подтвердили свое превосходство не только теоретически, но и продемонстрировали выдающиеся характеристики в реальных испытаниях, предлагая новые идеи для достижения эффективных и безопасных блокчейн-соглашений.

Путем постоянных исследований и оптимизации технология Блокчейн будет играть все более важную роль в будущей цифровой экономике, а новое поколение Соглашений Протоколов обеспечит надежную основу для развития этой технологии.