تكنولوجيا البلوكتشين كتقنية دفتر أستاذ موزعة غير مركزية، تضمن سلامة البيانات وتناسقها من خلال بروتوكول الإجماع. بروتوكول الإجماع هو جوهر نظام البلوكتشين، وأداؤه يؤثر بشكل مباشر على قابلية التوسع والأمان للبلوكتشين. تتمتع آلية الإجماع لتسامح الأخطاء البيزنطية غير المتزامنة (BFT) بمزايا فريدة في مواجهة تأخيرات الشبكة وفشل بعض العقد، وبالتالي أصبحت نقطة التركيز في البحث.
تستكشف هذه التقرير حالة تطوير بروتوكول الإجماع على البلوكتشين، مع التركيز على التحليل الأخير لبروتوكول النسخ المتزامن لتحمل أخطاء بيزنطية غير متزامنة (BFT SMR). البروتوكول غير المتزامن الأسرع حاليًا هو 2-chain VABA، ولكن نظرًا لوجود ثغرات فيه، لم يتم تحقيق التأخير المتوقع البالغ 9.5δ. لذلك، أصبح sMVBA هو أسرع بروتوكول MVBA غير متزامن حاليًا، مع تأخير متوقع يبلغ 10δ. كما يقدم التقرير تصميمين جديدين للبروتوكول، وهما 2PAC (الإجماع غير المتزامن من مرحلتين) وكتل الأنبوب الفائق السرعة، مما يظهر تحسينات ملحوظة في السعة والتأخير.
النماذج والتعريفات
في نموذج BFT غير المتزامن، يتكون النظام من n = 3f + 1 عملية، حيث يمكن أن يتم تدمير f عملية من قبل الخصوم بشكل خبيث. تتواصل هذه العمليات مع بعضها البعض من خلال قنوات غير متزامنة، ويتم التحكم في تأخير نقل الرسائل من قبل الخصوم. تمتلك كل عملية زوجًا من المفاتيح العامة والخاصة لتوقيع الرسائل والتحقق منها، لضمان صحة الرسائل وسلامتها.
البلوكتشين الإجماع
تهدف بروتوكولات الإجماع في البلوكتشين إلى جعل جميع العقد الصادقة تتفق على حالة البلوكتشين. بشكل أكثر تحديدًا، تستمر كل عقدة في تلقي المعاملات الجديدة وتجميعها في كتل، من خلال بروتوكول الإجماع لضمان توافق هذه الكتل على جميع العقد الصادقة. يحتاج بروتوكول الإجماع في البلوكتشين إلى تلبية المتطلبات الأساسية التالية:
النشاط: في التنفيذ غير المحدود، هناك سلسلة بلوكتشين غير محدودة الطول تم اتخاذ قرار بشأنها.
التناسق: إذا كان هناك سلسلتين من الكتل المتفق عليها، فيجب أن تكون واحدة منها سابقة للأخرى.
جودة P: في البلوكتشين الذي تم تحديده، يجب أن تمثل المعاملات المدخلة من قبل العقد الصادقة نسبة لا تقل عن p.
= تحديات بروتوكول الإجماع غير المتزامن الحالي
البروتوكول الأكثر سرعة للإجماع غير المتزامن الحالي هو 2-chain VABA، الذي يتوقع أن يكون لديه تأخير قدره 9.5δ. ومع ذلك، فإن هذا البروتوكول يعاني من عدة طرق هجوم، مما يضر باتفاقه وفعاليته. على سبيل المثال، الهجمات الناتجة عن نقص في التحقق من المصادقة، الهجمات التي تعيق الفعالية باستخدام استراتيجيات التعزيز، والهجمات الناتجة عن تخفيف تعريف مصادقة القادة، وغيرها. على الرغم من أن 2-chain VABA قدم بعض الآليات الجديدة، مثل التشغيل المتوازي لمجموعة من الحالات المتعددة، إلا أنه لم يتمكن بعد من حل هذه المشاكل بشكل كامل.
تصميم بروتوكول جديد: 2PAC (الإجماع غير المتزامن في مرحلتين)
استنادًا إلى تحليل البروتوكولات الحالية، اقترح الباحثون بروتوكول 2PAC. يعمل هذا البروتوكول على تبسيط وتحسين عملية الإجماع، مما يزيد بشكل كبير من الأداء. يشمل ذلك نوعين مختلفين:
2PAClean:
حقق زيادة في القدرة الإنتاجية بنسبة +90% وتأخير متوقع قدره 9.5δ، وتعقيد الرسالة هو O(n²).
من خلال القضاء على التفاعلات والحسابات غير الضرورية، تم تحسين كفاءة البروتوكول.
2PACBIG:
هو أسرع بروتوكول إجماع للبلوكتشين مع تعقيد الرسالة الحالي O(n³).
زمن تشغيل MVBA لمرة واحدة بدون أعطال هو 4δ، مما يقلل بشكل كبير من التأخير.
خط تجميع الكتلة فائقة السرعة
اقترح الباحثون تصميم كتلة خط أنابيب جديدة، مما يقلل بشكل كبير من تأخير كتلة الخط الأنابيب. من خلال إدخال آلية المسار السريع، فإن وقت اتخاذ قرار كتلة الخط الأنابيب يكون حتى أقل من كتلة غير خط الأنابيب تحت جدولة عادلة. تضمن هذه الآلية تأخير المسار السريع في جميع التنفيذات، ولا تتأثر بسلوك العمليات الفاشلة.
نتائج الكمية
من خلال التحليل النظري والاختبارات العملية، 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 هو 6δ. لذلك، فإن 2PAClean قد قلل من تأخير أسوأ الحالات بمقدار 0.5δ مع الحفاظ على نفس تأخير الحالة الجيدة. بالإضافة إلى ذلك، فإن إنتاجية 2PAClean قد زادت بنسبة 80% إلى 100% مقارنةً بـ sMVBA المتسلسل، ويرجع ذلك أساسًا إلى تجنب التصميم الجديد للتخلص غير الضروري من الكتل والنفقات الحسابية.
2PACBIG ك بروتوكول تعقيد الرسالة O(n³) ، وقت تشغيل MVBA لكل مرة هو 4δ، أسرع من جميع البروتوكولات الحالية. بالإضافة إلى ذلك، تصميم كتلة التدفق السريع للغاية يجعل s2PAClean و s2PACBIG يحققان أوقات قرار كتلة التدفق 4δ و 3δ على التوالي، مما يعزز أداء البروتوكول.
تقييم الحساب
للتحقق من أداء البروتوكول الجديد، أجرى الباحثون تقييمات حسابية واسعة. أظهرت النتائج أن 2PAClean و 2PACBIG قد أظهرا أداءً ممتازًا في ظل ظروف الشبكة المختلفة، خاصة في البيئات ذات التأخير العالي ومعدل الفشل العالي. على وجه التحديد، حقق 2PAClean توازنًا جيدًا بين تأخير الرسائل وتعقيد الحسابات، بينما حقق 2PACBIG تأخيرًا أقل من خلال التوازي وتحسين عملية التصويت.
مع التطور المستمر لتكنولوجيا البلوكتشين، ستلعب بروتوكولات الإجماع غير المتزامنة BFT دورًا متزايد الأهمية في ضمان الأمان وتحسين الأداء. تُظهر تصميمات 2PAC وكتل التدفق الفائقة السريعة اتجاه تطوير بروتوكولات الإجماع في المستقبل، وهو تحقيق إنتاجية أعلى وزمن استجابة أقل من خلال تبسيط هيكل البروتوكول وتحسين عملية الإجماع.
اتجاهات البحث المستقبلية
يمكن أن تستكشف الأبحاث المستقبلية الاتجاهات التالية:
بروتوكول تحسين: مزيد من تبسيط وتحسين هيكل البروتوكول، وتقليل الرسائل غير الضرورية وأعباء الحساب.
تحليل الأمان: تحليل عميق لأمان البروتوكول الجديد في سيناريوهات الهجوم المختلفة، لضمان موثوقيته في التطبيقات العملية.
التطبيقات العملية: تطبيق بروتوكول جديد في أنظمة البلوكتشين الفعلية، والتحقق من أدائها في بيئات الشبكة الحقيقية.
من خلال البحث المستمر والتحسين، لدينا أسباب للاعتقاد بأن تقنية البلوكتشين ستلعب دورًا أكثر أهمية في الاقتصاد الرقمي المستقبلي، بينما ستوفر بروتوكولات الإجماع من الجيل الجديد أساسًا قويًا لتطوير هذه التقنية.
شاهد النسخة الأصلية
قد تحتوي هذه الصفحة على محتوى من جهات خارجية، يتم تقديمه لأغراض إعلامية فقط (وليس كإقرارات/ضمانات)، ولا ينبغي اعتباره موافقة على آرائه من قبل Gate، ولا بمثابة نصيحة مالية أو مهنية. انظر إلى إخلاء المسؤولية للحصول على التفاصيل.
اختراق جديد في إجماع BFT غير المتزامن: بروتوكول 2PAC يحقق قدرة أعلى على المعالجة ووقت إستجابة أقل
أحدث التطورات والتطبيقات لبروتوكول إجماع البلوكتشين
تكنولوجيا البلوكتشين كتقنية دفتر أستاذ موزعة غير مركزية، تضمن سلامة البيانات وتناسقها من خلال بروتوكول الإجماع. بروتوكول الإجماع هو جوهر نظام البلوكتشين، وأداؤه يؤثر بشكل مباشر على قابلية التوسع والأمان للبلوكتشين. تتمتع آلية الإجماع لتسامح الأخطاء البيزنطية غير المتزامنة (BFT) بمزايا فريدة في مواجهة تأخيرات الشبكة وفشل بعض العقد، وبالتالي أصبحت نقطة التركيز في البحث.
تستكشف هذه التقرير حالة تطوير بروتوكول الإجماع على البلوكتشين، مع التركيز على التحليل الأخير لبروتوكول النسخ المتزامن لتحمل أخطاء بيزنطية غير متزامنة (BFT SMR). البروتوكول غير المتزامن الأسرع حاليًا هو 2-chain VABA، ولكن نظرًا لوجود ثغرات فيه، لم يتم تحقيق التأخير المتوقع البالغ 9.5δ. لذلك، أصبح sMVBA هو أسرع بروتوكول MVBA غير متزامن حاليًا، مع تأخير متوقع يبلغ 10δ. كما يقدم التقرير تصميمين جديدين للبروتوكول، وهما 2PAC (الإجماع غير المتزامن من مرحلتين) وكتل الأنبوب الفائق السرعة، مما يظهر تحسينات ملحوظة في السعة والتأخير.
النماذج والتعريفات
في نموذج BFT غير المتزامن، يتكون النظام من n = 3f + 1 عملية، حيث يمكن أن يتم تدمير f عملية من قبل الخصوم بشكل خبيث. تتواصل هذه العمليات مع بعضها البعض من خلال قنوات غير متزامنة، ويتم التحكم في تأخير نقل الرسائل من قبل الخصوم. تمتلك كل عملية زوجًا من المفاتيح العامة والخاصة لتوقيع الرسائل والتحقق منها، لضمان صحة الرسائل وسلامتها.
البلوكتشين الإجماع
تهدف بروتوكولات الإجماع في البلوكتشين إلى جعل جميع العقد الصادقة تتفق على حالة البلوكتشين. بشكل أكثر تحديدًا، تستمر كل عقدة في تلقي المعاملات الجديدة وتجميعها في كتل، من خلال بروتوكول الإجماع لضمان توافق هذه الكتل على جميع العقد الصادقة. يحتاج بروتوكول الإجماع في البلوكتشين إلى تلبية المتطلبات الأساسية التالية:
= تحديات بروتوكول الإجماع غير المتزامن الحالي
البروتوكول الأكثر سرعة للإجماع غير المتزامن الحالي هو 2-chain VABA، الذي يتوقع أن يكون لديه تأخير قدره 9.5δ. ومع ذلك، فإن هذا البروتوكول يعاني من عدة طرق هجوم، مما يضر باتفاقه وفعاليته. على سبيل المثال، الهجمات الناتجة عن نقص في التحقق من المصادقة، الهجمات التي تعيق الفعالية باستخدام استراتيجيات التعزيز، والهجمات الناتجة عن تخفيف تعريف مصادقة القادة، وغيرها. على الرغم من أن 2-chain VABA قدم بعض الآليات الجديدة، مثل التشغيل المتوازي لمجموعة من الحالات المتعددة، إلا أنه لم يتمكن بعد من حل هذه المشاكل بشكل كامل.
تصميم بروتوكول جديد: 2PAC (الإجماع غير المتزامن في مرحلتين)
استنادًا إلى تحليل البروتوكولات الحالية، اقترح الباحثون بروتوكول 2PAC. يعمل هذا البروتوكول على تبسيط وتحسين عملية الإجماع، مما يزيد بشكل كبير من الأداء. يشمل ذلك نوعين مختلفين:
2PAClean:
2PACBIG:
خط تجميع الكتلة فائقة السرعة
اقترح الباحثون تصميم كتلة خط أنابيب جديدة، مما يقلل بشكل كبير من تأخير كتلة الخط الأنابيب. من خلال إدخال آلية المسار السريع، فإن وقت اتخاذ قرار كتلة الخط الأنابيب يكون حتى أقل من كتلة غير خط الأنابيب تحت جدولة عادلة. تضمن هذه الآلية تأخير المسار السريع في جميع التنفيذات، ولا تتأثر بسلوك العمليات الفاشلة.
نتائج الكمية
من خلال التحليل النظري والاختبارات العملية، 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 هو 6δ. لذلك، فإن 2PAClean قد قلل من تأخير أسوأ الحالات بمقدار 0.5δ مع الحفاظ على نفس تأخير الحالة الجيدة. بالإضافة إلى ذلك، فإن إنتاجية 2PAClean قد زادت بنسبة 80% إلى 100% مقارنةً بـ sMVBA المتسلسل، ويرجع ذلك أساسًا إلى تجنب التصميم الجديد للتخلص غير الضروري من الكتل والنفقات الحسابية.
2PACBIG ك بروتوكول تعقيد الرسالة O(n³) ، وقت تشغيل MVBA لكل مرة هو 4δ، أسرع من جميع البروتوكولات الحالية. بالإضافة إلى ذلك، تصميم كتلة التدفق السريع للغاية يجعل s2PAClean و s2PACBIG يحققان أوقات قرار كتلة التدفق 4δ و 3δ على التوالي، مما يعزز أداء البروتوكول.
تقييم الحساب
للتحقق من أداء البروتوكول الجديد، أجرى الباحثون تقييمات حسابية واسعة. أظهرت النتائج أن 2PAClean و 2PACBIG قد أظهرا أداءً ممتازًا في ظل ظروف الشبكة المختلفة، خاصة في البيئات ذات التأخير العالي ومعدل الفشل العالي. على وجه التحديد، حقق 2PAClean توازنًا جيدًا بين تأخير الرسائل وتعقيد الحسابات، بينما حقق 2PACBIG تأخيرًا أقل من خلال التوازي وتحسين عملية التصويت.
مع التطور المستمر لتكنولوجيا البلوكتشين، ستلعب بروتوكولات الإجماع غير المتزامنة BFT دورًا متزايد الأهمية في ضمان الأمان وتحسين الأداء. تُظهر تصميمات 2PAC وكتل التدفق الفائقة السريعة اتجاه تطوير بروتوكولات الإجماع في المستقبل، وهو تحقيق إنتاجية أعلى وزمن استجابة أقل من خلال تبسيط هيكل البروتوكول وتحسين عملية الإجماع.
اتجاهات البحث المستقبلية
يمكن أن تستكشف الأبحاث المستقبلية الاتجاهات التالية:
من خلال البحث المستمر والتحسين، لدينا أسباب للاعتقاد بأن تقنية البلوكتشين ستلعب دورًا أكثر أهمية في الاقتصاد الرقمي المستقبلي، بينما ستوفر بروتوكولات الإجماع من الجيل الجديد أساسًا قويًا لتطوير هذه التقنية.