Últimos avanços e aplicações do protocolo de consenso Blockchain
A tecnologia Blockchain, como uma tecnologia de livro-razão distribuído e descentralizado, garante a integridade e a consistência dos dados através de mecanismos de consenso. O mecanismo de consenso é o núcleo do sistema Blockchain, e seu desempenho afeta diretamente a escalabilidade e a segurança da Blockchain. O mecanismo de consenso de Tolerância a Falhas Bizantinas Assíncronas (BFT) tem vantagens únicas na gestão de atrasos de rede e falhas de nós, tornando-se assim um foco de pesquisa.
Este relatório explora o estado atual do desenvolvimento dos protocolos de consenso Blockchain, com foco na análise dos mais recentes avanços do protocolo de replicação de estado de Tolerância a Falhas Bizantinas Assíncronas (BFT SMR). O protocolo assíncrono mais rápido atualmente é o 2-chain VABA, mas devido a vulnerabilidades, sua latência esperada de 9,5δ não foi alcançada. Assim, o sMVBA tornou-se o protocolo MVBA assíncrono mais rápido atualmente, com uma latência esperada de 10δ. O relatório também apresenta dois novos designs de protocolo, nomeadamente o 2PAC (consenso assíncrono em 2 fases) e Blocos de Pipeline Ultra Rápido, que demonstram melhorias significativas em termos de throughput e latência.
Modelo 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 o atraso na entrega das mensagens é controlado 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 visa fazer com que todos os nós honestos cheguem a um acordo sobre o estado da Blockchain. Especificamente, cada nó recebe constantemente novas transações e as empacota em blocos, garantindo através do protocolo de consenso que esses blocos sejam consensuais entre todos os nós honestos. O protocolo de consenso da Blockchain precisa atender aos seguintes requisitos básicos:
Atividade: existe uma blockchain decidida infinita em execução infinita.
Consistência: Se existirem duas blockchains decididas, uma delas deve ser um prefixo da outra.
Qualidade P: Em uma Blockchain já decidida, a proporção de transações inseridas por nós honestos deve ser pelo menos p.
Desafios atuais do protocolo de consenso assíncrono
O protocolo de consenso assíncrono mais rápido atualmente é o 2-chain VABA, com uma latência esperada de 9.5δ. No entanto, este protocolo possui várias formas de ataque que comprometem sua consistência e atividade. Por exemplo, ataques resultantes da falta de verificação de autenticação, ataques que utilizam estratégias de elevação para obstruir a atividade, e ataques de consistência devido a uma definição relaxada de autenticação de líderes, entre outros. Embora o 2-chain VABA introduza alguns novos mecanismos, como a execução paralela de múltiplas instâncias, ainda não conseguiu resolver completamente esses problemas.
Novo protocolo de design: 2PAC (Consenso assíncrono em 2 fases)
Com base na análise dos protocolos existentes, os pesquisadores propuseram o protocolo 2PAC. Este protocolo melhora significativamente o desempenho ao simplificar e otimizar o processo de consenso. Especificamente, inclui duas variantes:
2PAClean：
Alcançou uma taxa de transferência de +90% e uma latência esperada de 9.5δ, com complexidade de mensagem O(n²).
A eficiência do protocolo foi aumentada ao eliminar interações e custos de computação desnecessários.
2PACBIG：
É o protocolo de consenso de blockchain mais rápido, com complexidade de mensagem O(n³).
O tempo de execução único do MVBA sem falhas é de 4δ, reduzindo significativamente a latência.
Super rápido Bloco de linha de montagem
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 análises teóricas e testes práticos, a 2PAClean tem uma latência esperada de 9.5δ no pior caso e de 6δ no melhor caso (sem falhas e com o agendador semi-fair). Em comparação, a latência esperada do sMVBA é de 10δ, no melhor caso é de 6δ. Assim, a 2PAClean reduziu a latência do pior caso em 0.5δ, mantendo a mesma latência no bom caso. Além disso, a taxa de transferência da 2PAClean é aumentada em 80% a 100% em comparação com a 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 de MVBA de 4δ, mais rápido do que todos os protocolos existentes. Além disso, o design de bloco em pipeline ultra-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 o 2PAClean e o 2PACBIG apresentaram um desempenho excelente em várias condições de rede, especialmente em ambientes de alta latência e alta taxa de falhas. Especificamente, o 2PAClean alcançou um bom equilíbrio entre a latência de comunicação e a complexidade computacional, enquanto o 2PACBIG conseguiu uma latência mais baixa através da paralelização e otimização do processo de votação.
Com o contínuo desenvolvimento da tecnologia Blockchain, o protocolo de consenso BFT assíncrono desempenhará um papel cada vez mais importante na garantia da segurança e na melhoria do desempenho. O design do 2PAC e dos blocos de pipeline super-rápidos demonstra a direção do desenvolvimento dos protocolos de consenso Blockchain no futuro, ou seja, alcançar uma maior taxa de transferência e uma menor latência através da simplificação da estrutura do protocolo e da otimização do processo de consenso.
Direções futuras de pesquisa
A pesquisa futura pode explorar ainda mais as seguintes direções:
otimização do protocolo: simplificar e otimizar ainda mais a estrutura do protocolo, reduzindo a troca de mensagens desnecessárias e os custos de cálculo.
Análise de segurança: Analisar detalhadamente a segurança do novo protocolo em vários cenários de ataque, garantindo a sua fiabilidade na aplicação prática.
Aplicação prática: aplicar o novo protocolo em sistemas de Blockchain reais, verificando seu desempenho em ambientes de rede reais.
Este relatório analisa detalhadamente as vantagens e desvantagens dos atuais protocolos de consenso de blockchain assíncronos e propõe dois novos designs de protocolo, nomeadamente 2PAC e Bloco de pipeline ultra-rápido. Os novos designs demonstram vantagens significativas na melhoria da capacidade de processamento e na redução da latência, fornecendo uma referência importante para o desenvolvimento futuro da tecnologia blockchain. Estes novos protocolos não só comprovam teoricamente a sua superioridade, mas também demonstram um desempenho excecional em testes práticos, oferecendo novas ideias para a realização de protocolos de consenso de blockchain eficientes e seguros.
Através de pesquisa e otimização contínuas, a tecnologia Blockchain desempenhará um papel ainda mais importante na futura economia digital, enquanto a nova geração de protocolos de Consenso fornecerá uma base sólida para o desenvolvimento desta tecnologia.
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MevTears
· 07-22 02:14
Está a complicar a vida ao povo outra vez?
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MEV_Whisperer
· 07-22 02:09
pro果然是pro
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Ser_APY_2000
· 07-22 02:08
Este BFT parece uma negociação de criptomoedas, é realmente um bull!
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MEVHunter
· 07-22 02:01
apenas mais um sniper de pool de mem a observar as tuas txns
2PAC protocolo supera o limite de desempenho de consenso da blockchain assíncrona
Últimos avanços e aplicações do protocolo de consenso Blockchain
A tecnologia Blockchain, como uma tecnologia de livro-razão distribuído e descentralizado, garante a integridade e a consistência dos dados através de mecanismos de consenso. O mecanismo de consenso é o núcleo do sistema Blockchain, e seu desempenho afeta diretamente a escalabilidade e a segurança da Blockchain. O mecanismo de consenso de Tolerância a Falhas Bizantinas Assíncronas (BFT) tem vantagens únicas na gestão de atrasos de rede e falhas de nós, tornando-se assim um foco de pesquisa.
Este relatório explora o estado atual do desenvolvimento dos protocolos de consenso Blockchain, com foco na análise dos mais recentes avanços do protocolo de replicação de estado de Tolerância a Falhas Bizantinas Assíncronas (BFT SMR). O protocolo assíncrono mais rápido atualmente é o 2-chain VABA, mas devido a vulnerabilidades, sua latência esperada de 9,5δ não foi alcançada. Assim, o sMVBA tornou-se o protocolo MVBA assíncrono mais rápido atualmente, com uma latência esperada de 10δ. O relatório também apresenta dois novos designs de protocolo, nomeadamente o 2PAC (consenso assíncrono em 2 fases) e Blocos de Pipeline Ultra Rápido, que demonstram melhorias significativas em termos de throughput e latência.
Modelo 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 o atraso na entrega das mensagens é controlado 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 visa fazer com que todos os nós honestos cheguem a um acordo sobre o estado da Blockchain. Especificamente, cada nó recebe constantemente novas transações e as empacota em blocos, garantindo através do protocolo de consenso que esses blocos sejam consensuais entre todos os nós honestos. O protocolo de consenso da Blockchain precisa atender aos seguintes requisitos básicos:
Desafios atuais do protocolo de consenso assíncrono
O protocolo de consenso assíncrono mais rápido atualmente é o 2-chain VABA, com uma latência esperada de 9.5δ. No entanto, este protocolo possui várias formas de ataque que comprometem sua consistência e atividade. Por exemplo, ataques resultantes da falta de verificação de autenticação, ataques que utilizam estratégias de elevação para obstruir a atividade, e ataques de consistência devido a uma definição relaxada de autenticação de líderes, entre outros. Embora o 2-chain VABA introduza alguns novos mecanismos, como a execução paralela de múltiplas instâncias, ainda não conseguiu resolver completamente esses problemas.
Novo protocolo de design: 2PAC (Consenso assíncrono em 2 fases)
Com base na análise dos protocolos existentes, os pesquisadores propuseram o protocolo 2PAC. Este protocolo melhora significativamente o desempenho ao simplificar e otimizar o processo de consenso. Especificamente, inclui duas variantes:
2PAClean：
2PACBIG：
Super rápido Bloco de linha de montagem
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 análises teóricas e testes práticos, a 2PAClean tem uma latência esperada de 9.5δ no pior caso e de 6δ no melhor caso (sem falhas e com o agendador semi-fair). Em comparação, a latência esperada do sMVBA é de 10δ, no melhor caso é de 6δ. Assim, a 2PAClean reduziu a latência do pior caso em 0.5δ, mantendo a mesma latência no bom caso. Além disso, a taxa de transferência da 2PAClean é aumentada em 80% a 100% em comparação com a 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 de MVBA de 4δ, mais rápido do que todos os protocolos existentes. Além disso, o design de bloco em pipeline ultra-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 o 2PAClean e o 2PACBIG apresentaram um desempenho excelente em várias condições de rede, especialmente em ambientes de alta latência e alta taxa de falhas. Especificamente, o 2PAClean alcançou um bom equilíbrio entre a latência de comunicação e a complexidade computacional, enquanto o 2PACBIG conseguiu uma latência mais baixa através da paralelização e otimização do processo de votação.
Com o contínuo desenvolvimento da tecnologia Blockchain, o protocolo de consenso BFT assíncrono desempenhará um papel cada vez mais importante na garantia da segurança e na melhoria do desempenho. O design do 2PAC e dos blocos de pipeline super-rápidos demonstra a direção do desenvolvimento dos protocolos de consenso Blockchain no futuro, ou seja, alcançar uma maior taxa de transferência e uma menor latência através da simplificação da estrutura do protocolo e da otimização do processo de consenso.
Direções futuras de pesquisa
A pesquisa futura pode explorar ainda mais as seguintes direções:
Este relatório analisa detalhadamente as vantagens e desvantagens dos atuais protocolos de consenso de blockchain assíncronos e propõe dois novos designs de protocolo, nomeadamente 2PAC e Bloco de pipeline ultra-rápido. Os novos designs demonstram vantagens significativas na melhoria da capacidade de processamento e na redução da latência, fornecendo uma referência importante para o desenvolvimento futuro da tecnologia blockchain. Estes novos protocolos não só comprovam teoricamente a sua superioridade, mas também demonstram um desempenho excecional em testes práticos, oferecendo novas ideias para a realização de protocolos de consenso de blockchain eficientes e seguros.
Através de pesquisa e otimização contínuas, a tecnologia Blockchain desempenhará um papel ainda mais importante na futura economia digital, enquanto a nova geração de protocolos de Consenso fornecerá uma base sólida para o desenvolvimento desta tecnologia.