Latest advancements and applications of Blockchain Consenso protocolo
A tecnologia Blockchain, como uma tecnologia de livro-razão distribuído 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) possui vantagens únicas na resposta a latências de rede e falhas de nós, tornando-se, portanto, um foco de pesquisa.
Este relatório explora o estado atual do desenvolvimento de protocolos de consenso de Blockchain, com foco na análise dos últimos avanços do protocolo de replicação de máquinas de estados tolerantes a falhas bizantinas assíncronas (BFT SMR). O protocolo assíncrono mais rápido atualmente é o 2-chain VABA, mas devido a suas vulnerabilidades, o atraso esperado de 9.5δ não foi alcançado. Assim, o sMVBA tornou-se o protocolo MVBA assíncrono mais rápido, com um atraso esperado de 10δ. O relatório também propõe dois novos designs de protocolo, nomeadamente 2PAC (consenso assíncrono de 2 fases) e Bloco de pipeline super rápido, demonstrando melhorias significativas em termos de throughput e latência.
Modelos e definições
No modelo BFT assíncrono, o sistema é composto por n = 3f + 1 processos, onde f processos podem ser maliciosamente comprometidos por adversários. Esses processos se comunicam entre si através de canais assíncronos, e a latência da transmissão de mensagens é controlada pelos adversários. 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 continuamente novas transações e as empacota em blocos, garantindo através do protocolo de consenso que esses blocos sejam acordados em todos os nós honestos. O protocolo de consenso da Blockchain precisa atender a alguns requisitos básicos a seguir:
Atividade: existe uma blockchain decidida de comprimento infinito na execução infinita.
Consistência: se existirem duas blockchains decididas, uma delas deve ser um prefixo da outra.
Qualidade P: Em um blockchain decidido, a proporção de transações inseridas por nós honestos é de pelo menos p.
= Desafios do protocolo de consenso assíncrono atual
O protocolo de consenso assíncrono mais rápido atualmente é o 2-chain VABA, cuja latência esperada é de 9.5δ. No entanto, este protocolo apresenta várias formas de ataque que comprometem sua consistência e atividade. Por exemplo, ataques que exploram a falta de verificação de autenticação, ataques que utilizam estratégias de elevação para obstruir a atividade, e ataques de consistência que surgem da flexibilização da definição de autenticação do líder. Apesar de o 2-chain VABA introduzir alguns novos mecanismos, como a execução paralela de múltiplas instâncias, ainda não conseguiu resolver completamente esses problemas.
Novo design de protocolo: 2PAC (Consenso assíncrono em 2 fases)
Baseado 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 mais de 90% de throughput e uma latência esperada de 9,5δ, com complexidade de mensagem de O(n²).
A eficiência do protocolo foi melhorada eliminando interações e custos computacionais desnecessários.
2PACBIG：
É o protocolo de consenso de Blockchain mais rápido atualmente, com uma complexidade de mensagem de O(n³).
O tempo de execução único do MVBA sem falhas é de 4δ, reduzindo significativamente a latência.
Super rápida linha de Blocos
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 agendador 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 análise teórica e testes práticos, o 2PAClean tem uma latência esperada de 9.5δ no pior caso, enquanto no melhor caso (sem falhas e com um escalonador semi-justo) é de 6δ. Em comparação, a latência esperada do sMVBA é de 10δ, sendo 6δ no melhor caso. Assim, o 2PAClean reduz a latência do pior caso em 0.5δ, mantendo a mesma latência do bom caso. Além disso, a taxa de transferência do 2PAClean é superior em 80% a 100% em relação ao sMVBA em cadeia, principalmente devido à nova concepção que evita descartes desnecessários de blocos e sobrecarga computacional.
2PACBIG como um protocolo com uma complexidade de mensagem de O(n³), tem um tempo de execução MVBA de 4δ, mais rápido do que todos os protocolos existentes. Além disso, o design de bloco em pipeline super 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 mostram que 2PAClean e 2PACBIG apresentam um desempenho excelente sob diversas condições de rede, especialmente em ambientes de alta latência e alta taxa de falhas. Especificamente, o 2PAClean alcança um bom equilíbrio entre a latência de mensagens e a complexidade computacional, enquanto o 2PACBIG consegue 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-rápido demonstra a direção do desenvolvimento dos protocolos de consenso do futuro Blockchain, ou seja, alcançar uma maior capacidade de processamento e uma latência mais baixa através da simplificação da estrutura do protocolo e da otimização do processo de consenso.
Direções futuras de pesquisa
Futuras pesquisas podem explorar mais a fundo as seguintes direções:
Otimização do protocolo: simplificar e otimizar ainda mais a estrutura do protocolo, reduzindo a comunicação e os custos de cálculo desnecessários.
Análise de segurança: análise aprofundada da 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 o seu desempenho em ambientes de rede reais.
Através de pesquisa e otimização contínuas, temos razões para acreditar que a tecnologia Blockchain desempenhará um papel ainda mais importante na economia digital do futuro, e a nova geração de protocolos de Consenso fornecerá uma base sólida para o desenvolvimento dessa tecnologia.
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MEVSandwichMaker
· 07-18 09:41
Extremamente irracional... nem se compara ao PoW
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MrDecoder
· 07-17 18:07
De qualquer forma, continua a mudar.
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CoffeeOnChain
· 07-17 16:31
Um pouco profundo... Aviso de aula de matemática
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DarkPoolWatcher
· 07-15 23:37
Os dados ainda têm brechas.
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HallucinationGrower
· 07-15 23:34
Quem tem interesse em explicar o que é latência 10δ
Nova conquista do consenso BFT assíncrono: o protocolo 2PAC alcança maior capacidade de processamento e menor latência
Latest advancements and applications of Blockchain Consenso protocolo
A tecnologia Blockchain, como uma tecnologia de livro-razão distribuído 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) possui vantagens únicas na resposta a latências de rede e falhas de nós, tornando-se, portanto, um foco de pesquisa.
Este relatório explora o estado atual do desenvolvimento de protocolos de consenso de Blockchain, com foco na análise dos últimos avanços do protocolo de replicação de máquinas de estados tolerantes a falhas bizantinas assíncronas (BFT SMR). O protocolo assíncrono mais rápido atualmente é o 2-chain VABA, mas devido a suas vulnerabilidades, o atraso esperado de 9.5δ não foi alcançado. Assim, o sMVBA tornou-se o protocolo MVBA assíncrono mais rápido, com um atraso esperado de 10δ. O relatório também propõe dois novos designs de protocolo, nomeadamente 2PAC (consenso assíncrono de 2 fases) e Bloco de pipeline super rápido, demonstrando melhorias significativas em termos de throughput e latência.
Modelos e definições
No modelo BFT assíncrono, o sistema é composto por n = 3f + 1 processos, onde f processos podem ser maliciosamente comprometidos por adversários. Esses processos se comunicam entre si através de canais assíncronos, e a latência da transmissão de mensagens é controlada pelos adversários. 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 continuamente novas transações e as empacota em blocos, garantindo através do protocolo de consenso que esses blocos sejam acordados em todos os nós honestos. O protocolo de consenso da Blockchain precisa atender a alguns requisitos básicos a seguir:
= Desafios do protocolo de consenso assíncrono atual
O protocolo de consenso assíncrono mais rápido atualmente é o 2-chain VABA, cuja latência esperada é de 9.5δ. No entanto, este protocolo apresenta várias formas de ataque que comprometem sua consistência e atividade. Por exemplo, ataques que exploram a falta de verificação de autenticação, ataques que utilizam estratégias de elevação para obstruir a atividade, e ataques de consistência que surgem da flexibilização da definição de autenticação do líder. Apesar de o 2-chain VABA introduzir alguns novos mecanismos, como a execução paralela de múltiplas instâncias, ainda não conseguiu resolver completamente esses problemas.
Novo design de protocolo: 2PAC (Consenso assíncrono em 2 fases)
Baseado 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 rápida linha de Blocos
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 agendador 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 análise teórica e testes práticos, o 2PAClean tem uma latência esperada de 9.5δ no pior caso, enquanto no melhor caso (sem falhas e com um escalonador semi-justo) é de 6δ. Em comparação, a latência esperada do sMVBA é de 10δ, sendo 6δ no melhor caso. Assim, o 2PAClean reduz a latência do pior caso em 0.5δ, mantendo a mesma latência do bom caso. Além disso, a taxa de transferência do 2PAClean é superior em 80% a 100% em relação ao sMVBA em cadeia, principalmente devido à nova concepção que evita descartes desnecessários de blocos e sobrecarga computacional.
2PACBIG como um protocolo com uma complexidade de mensagem de O(n³), tem um tempo de execução MVBA de 4δ, mais rápido do que todos os protocolos existentes. Além disso, o design de bloco em pipeline super 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 mostram que 2PAClean e 2PACBIG apresentam um desempenho excelente sob diversas condições de rede, especialmente em ambientes de alta latência e alta taxa de falhas. Especificamente, o 2PAClean alcança um bom equilíbrio entre a latência de mensagens e a complexidade computacional, enquanto o 2PACBIG consegue 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-rápido demonstra a direção do desenvolvimento dos protocolos de consenso do futuro Blockchain, ou seja, alcançar uma maior capacidade de processamento e uma latência mais baixa através da simplificação da estrutura do protocolo e da otimização do processo de consenso.
Direções futuras de pesquisa
Futuras pesquisas podem explorar mais a fundo as seguintes direções:
Através de pesquisa e otimização contínuas, temos razões para acreditar que a tecnologia Blockchain desempenhará um papel ainda mais importante na economia digital do futuro, e a nova geração de protocolos de Consenso fornecerá uma base sólida para o desenvolvimento dessa tecnologia.