Những tiến triển và ứng dụng mới nhất của giao thức nhận thức chung Blockchain

Báo cáo này đi sâu vào việc khám phá tình trạng phát triển của giao thức nhận thức chung blockchain, tập trung phân tích những tiến triển mới nhất của giao thức sao chép trạng thái bất đồng bộ Byzantine Fault Tolerance (BFT SMR). Hiện tại, sMVBA là giao thức MVBA bất đồng bộ nhanh nhất, với độ trễ dự kiến là 10δ. Báo cáo đưa ra hai thiết kế giao thức mới: 2PAC (nhận thức bất đồng bộ 2 giai đoạn) và khối siêu nhanh theo kiểu ống dẫn, thể hiện sự cải tiến đáng kể về thông lượng và độ trễ.

Công nghệ Blockchain, với tư cách là công nghệ sổ cái phân tán phi tập trung, đảm bảo tính toàn vẹn và sự nhất quán của dữ liệu thông qua cơ chế nhận thức chung. Cơ chế nhận thức chung là cốt lõi của hệ thống Blockchain, và hiệu suất của nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng mở rộng và tính bảo mật của Blockchain. Cơ chế đồng thuận Byzantine Fault Tolerance (BFT) có những ưu điểm độc đáo trong việc đối phó với độ trễ mạng và sự cố của một số nút, do đó trở thành trọng tâm nghiên cứu.

Trong mô hình BFT bất đồng bộ, hệ thống bao gồm n = 3f + 1 tiến trình, trong đó f tiến trình có thể bị phá hoại ác ý. Các tiến trình này giao tiếp với nhau qua các kênh bất đồng bộ, độ trễ truyền tin được kiểm soát bởi đối thủ. Mỗi tiến trình có một cặp khóa công khai và riêng tư để ký và xác minh, đảm bảo tính xác thực và toàn vẹn của tin nhắn.

Giao thức nhận thức chung Blockchain nhằm mục đích để tất cả các nút trung thực đạt được sự đồng thuận về trạng thái của Blockchain. Cụ thể, mỗi nút liên tục nhận các giao dịch mới và đóng gói chúng thành các khối, đảm bảo rằng các khối này đạt được sự đồng thuận trên tất cả các nút trung thực thông qua giao thức nhận thức chung. Giao thức nhận thức chung Blockchain cần phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản như tính hoạt động, tính nhất quán và chất lượng P.

Dựa trên phân tích các giao thức hiện có, các nhà nghiên cứu đã đề xuất giao thức 2PAC. Giao thức này thông qua việc đơn giản hóa và tối ưu hóa quá trình nhận thức chung, đã cải thiện đáng kể hiệu suất. Cụ thể bao gồm hai biến thể: 2PAClean và 2PACBIG. 2PAClean đạt được +90% thông lượng và độ trễ kỳ vọng 9.5δ, độ phức tạp thông điệp là O(n²). 2PACBIG là giao thức nhận thức chung blockchain nhanh nhất hiện nay với độ phức tạp thông điệp là O(n³), thời gian chạy MVBA một lần không lỗi là 4δ.

Một đổi mới khác là thiết kế khối dòng chảy siêu nhanh, giảm đáng kể độ trễ của khối dòng chảy. Bằng cách giới thiệu cơ chế đường nhanh, dưới bộ lập lịch công bằng, thời gian quyết định của khối dòng chảy thậm chí còn nhỏ hơn cả khối không dòng chảy. Cơ chế này đảm bảo độ trễ của đường nhanh trong tất cả các thực thi và không bị ảnh hưởng bởi hành vi của các tiến trình gặp lỗi.

Thông qua phân tích lý thuyết và thử nghiệm thực tế, độ trễ kỳ vọng trong trường hợp xấu nhất của 2PAClean là 9.5δ, trong khi trong trường hợp tốt (không có lỗi và bộ lập lịch nửa công bằng) là 6δ. So với đó, độ trễ kỳ vọng của sMVBA là 10δ, trong trường hợp tốt là 6δ. Độ thông lượng của 2PAClean cải thiện từ 80% đến 100% so với sMVBA chuỗi. Thời gian chạy MVBA một lần của 2PACBIG là 4δ, nhanh hơn tất cả các giao thức hiện có.

Để xác minh hiệu suất của giao thức mới, các nhà nghiên cứu đã thực hiện đánh giá tính toán rộng rãi. Kết quả cho thấy, 2PAClean và 2PACBIG đều thể hiện hiệu suất xuất sắc trong nhiều điều kiện mạng khác nhau, đặc biệt là trong môi trường có độ trễ cao và tỷ lệ lỗi cao. 2PAClean đạt được sự cân bằng tốt giữa độ trễ truyền tin và độ phức tạp tính toán, trong khi 2PACBIG đã đạt được độ trễ thấp hơn thông qua việc song song hóa và tối ưu hóa quá trình bỏ phiếu.

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ Blockchain, giao thức nhận thức chung BFT không đồng bộ sẽ ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh và nâng cao hiệu suất. Thiết kế 2PAC và khối dòng siêu nhanh đã thể hiện hướng phát triển của các giao thức nhận thức chung Blockchain trong tương lai, tức là thông qua việc đơn giản hóa cấu trúc giao thức và tối ưu hóa quy trình nhận thức, đạt được thông lượng cao hơn và độ trễ thấp hơn.

Nghiên cứu trong tương lai có thể khám phá thêm một số hướng sau đây:

1. Giao thức tối ưu: Tiếp tục đơn giản hóa và tối ưu cấu trúc giao thức, giảm thiểu việc truyền tin nhắn và chi phí tính toán không cần thiết.
2. Phân tích an ninh: Phân tích sâu về tính an toàn của giao thức mới trong các tình huống tấn công khác nhau, đảm bảo tính đáng tin cậy của nó trong các ứng dụng thực tế.
3. Ứng dụng thực tế: Áp dụng giao thức mới vào các hệ thống Blockchain thực tế, xác minh hiệu suất của nó trong môi trường mạng thực.

Báo cáo này phân tích chi tiết những ưu điểm và nhược điểm của giao thức nhận thức chung blockchain bất đồng bộ hiện tại, và đưa ra hai thiết kế giao thức mới. Thiết kế mới thể hiện rõ ưu thế trong việc tăng cường thông lượng và giảm độ trễ, cung cấp tham khảo quan trọng cho sự phát triển công nghệ blockchain trong tương lai. Những giao thức mới này không chỉ chứng minh sự vượt trội của mình trên lý thuyết mà còn thể hiện hiệu suất xuất sắc trong các thử nghiệm thực tế, cung cấp những ý tưởng mới cho việc đạt được giao thức nhận thức chung blockchain hiệu quả và an toàn.

Thông qua việc nghiên cứu và tối ưu hóa không ngừng, công nghệ Blockchain sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong nền kinh tế số trong tương lai, trong khi đó, thế hệ giao thức nhận thức chung mới sẽ cung cấp nền tảng vững chắc cho sự phát triển của công nghệ này.