Blok Zinciri Konsensüs protokolünün en son gelişmeleri ve uygulamaları

Bu rapor, Blok Zinciri Konsensüs protokolünün gelişim durumunu derinlemesine incelemekte ve asenkron Bizans hata toleranslı durum makinesi kopyalama (BFT SMR) protokolünün en son gelişmelerini analiz etmektedir. Şu anda, sMVBA en hızlı asenkron MVBA protokolüdür ve beklenen gecikme 10δ'dir. Rapor, iki yeni protokol tasarımı önermektedir: 2PAC (2 aşamalı asenkron konsensüs) ve süper hızlı boru hattı blokları, verimlilik ve gecikme açısından önemli iyileştirmeler göstermektedir.

Blok Zinciri teknolojisi, merkeziyetsiz dağıtık defter teknolojisi olarak, Konsensüs mekanizması aracılığıyla verilerin bütünlüğünü ve tutarlılığını sağlamaktadır. Konsensüs mekanizması, blok zinciri sisteminin merkezidir ve performansı doğrudan blok zincirinin ölçeklenebilirliğini ve güvenliğini etkilemektedir. Asenkron Bizans Hata Toleransı (BFT) konsensüs mekanizması, ağ gecikmesi ve bazı düğümlerin arızası ile başa çıkmada benzersiz avantajlara sahiptir, bu nedenle araştırma odak noktası haline gelmiştir.

Asenkron BFT modelinde, sistem n = 3f + 1 süreçten oluşur, burada f süreç kötü niyetli olarak bozulabilir. Bu süreçler, asenkron kanallar üzerinden birbirleriyle iletişim kurar ve mesajların iletim gecikmesi rakip tarafından kontrol edilir. Her süreç, mesajın doğruluğunu ve bütünlüğünü sağlamak için imzalama ve doğrulama amacıyla birer açık-özel anahtar çiftine sahiptir.

Blok Zinciri konsensüs protokolü, tüm dürüst düğümlerin blok zincirinin durumu üzerinde uzlaşmasını sağlamayı amaçlamaktadır. Özellikle, her düğüm sürekli olarak yeni işlemler alır ve bunları bloklara paketler, bu blokların tüm dürüst düğümlerde uzlaşıya varmasını sağlamak için konsensüs protokolünü kullanır. Blok Zinciri konsensüs protokolü, canlılık, tutarlılık ve P kalitesi gibi temel gereksinimleri karşılamalıdır.

Mevcut protokollerin analizi üzerine, araştırmacılar 2PAC protokolünü önerdiler. Bu protokol, konsensüs sürecini basitleştirerek ve optimize ederek performansı önemli ölçüde artırmaktadır. Özellikle iki varyant içermektedir: 2PAClean ve 2PACBIG. 2PAClean, %90'dan fazla bir throughput ve 9.5δ'lik bir beklenen gecikme sağlamakta, mesaj karmaşıklığı O(n²)'dir. 2PACBIG, şu anda mesaj karmaşıklığı O(n³) olan en hızlı blok zinciri konsensüs protokolüdür, hatasız bir kez MVBA çalışma süresi 4δ' dir.

Diğer bir yenilik, süper hızlı hat blok tasarımıdır; bu, hat bloklarının gecikmesini önemli ölçüde azaltmaktadır. Hızlı yol mekanizmasının devreye alınmasıyla, adil zamanlayıcı altında, hat bloklarının karar verme süresi, hatta normal hat bloklarından bile daha kısa olabilmektedir. Bu mekanizma, tüm işlemlerde hızlı yolun gecikmesini garanti eder ve arızalı süreçlerin davranışından etkilenmez.

Teorik analiz ve pratik testler aracılığıyla, 2PAClean'in en kötü durumda beklenen gecikmesi 9.5δ iken, iyi durumda (hatasız ve zamanlayıcı yarı adil) 6δ'ye düşmektedir. Karşılaştırıldığında, sMVBA'nın beklenen gecikmesi 10δ, iyi durumda ise 6δ'dir. 2PAClean'in verimliliği, zincirli sMVBA'ya kıyasla %80 ile %100 arasında artmıştır. 2PACBIG'in tek seferlik MVBA çalışma süresi 4δ olup, mevcut tüm protokollerden daha hızlıdır.

Yeni protokolün performansını doğrulamak için araştırmacılar kapsamlı bir hesaplama değerlendirmesi gerçekleştirdi. Sonuçlar, 2PAClean ve 2PACBIG'in çeşitli ağ koşullarında mükemmel bir performans sergilediğini, özellikle yüksek gecikme ve yüksek arıza oranı ortamlarında gösterdi. 2PAClean, mesaj iletim gecikmesi ile hesaplama karmaşıklığı arasında iyi bir denge sağlarken, 2PACBIG ise paralelleştirme ve oylama sürecini optimize ederek daha düşük gecikme süresi elde etti.

Blok Zinciri teknolojisinin sürekli gelişimiyle birlikte, asenkron BFT konsensüs protokolü güvenliği sağlama ve performansı artırma konusunda giderek daha önemli bir rol oynayacaktır. 2PAC ve süper hızlı boru hattı bloklarının tasarımı, gelecekteki Blok Zinciri konsensüs protokollerinin gelişim yönünü göstermektedir; yani protokol yapısını basitleştirerek ve konsensüs sürecini optimize ederek daha yüksek bir işlem hacmi ve daha düşük bir gecikme elde etmeyi hedeflemektedir.

Gelecekteki araştırmalar aşağıdaki birkaç yönü daha fazla keşfedebilir:

1. Protokol optimizasyonu: Protokol yapısını daha da basitleştirmek ve optimize etmek, gereksiz mesaj iletimini ve hesaplama yükünü azaltmak.
2. Güvenlik Analizi: Yeni protokolün çeşitli saldırı senaryolarındaki güvenliğini derinlemesine analiz edin, böylece gerçek uygulamalardaki güvenilirliğini sağlarsınız.
3. Gerçek Uygulama: Yeni protokolü gerçek blok zinciri sistemlerine uygulamak, gerçek ağ ortamındaki performansını doğrulamak.

Bu rapor, mevcut asenkron blok zinciri konsensüs protokollerinin avantaj ve dezavantajlarını detaylı bir şekilde analiz etmekte ve iki yeni protokol tasarımı önermektedir. Yeni tasarımlar, verimliliği artırma ve gecikmeyi azaltma konusunda belirgin avantajlar göstermekte, gelecekteki blok zinciri teknolojisi gelişimine önemli bir referans sağlamaktadır. Bu yeni protokoller, yalnızca teorik olarak üstünlüklerini kanıtlamakla kalmamış, aynı zamanda pratik testlerde olağanüstü performans sergileyerek etkili ve güvenli bir blok zinciri konsensüs protokolü gerçekleştirmek için yeni bir bakış açısı sunmaktadır.

Sürekli araştırma ve optimizasyon ile, Blok Zinciri teknolojisi gelecekteki dijital ekonomide daha önemli bir rol oynayacak ve yeni nesil Konsensüs protokolleri bu teknolojinin gelişimine sağlam bir temel sağlayacaktır.