Tiến triển và ứng dụng mới nhất của giao thức nhận thức chung Blockchain
Công nghệ Blockchain, như một loại giao thức sổ cái phân tán phi tập trung, đảm bảo tính toàn vẹn và tính nhất quán của dữ liệu thông qua cơ chế nhận thức chung. Cơ chế nhận thức chung là cốt lõi của hệ thống Blockchain, hiệu suất của nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng mở rộng và tính bảo mật của Blockchain. Cơ chế nhận thức chung Byzantine Fault Tolerance (BFT) có những ưu thế 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.
Báo cáo này khám phá tình trạng phát triển của giao thức nhận thức chung blockchain, tập trung phân tích những tiến bộ gần đây của giao thức sao chép trạng thái chịu lỗi Byzantine bất đồng bộ (BFT SMR). Giao thức bất đồng bộ nhanh nhất hiện nay là 2-chain VABA, nhưng do có lỗ hổng, nên độ trễ dự kiến 9.5δ của nó không được thực hiện. Do đó, sMVBA trở thành giao thức MVBA bất đồng bộ nhanh nhất hiện nay, với độ trễ dự kiến 10δ. Báo cáo cũng đề xuất hai thiết kế giao thức mới, đó là 2PAC (nhận thức chung bất đồng bộ giai đoạn 2) và khối siêu nhanh theo đường ống, thể hiện sự cải tiến đáng kể về thông lượng và độ trễ.
Mô hình và định nghĩa
Trong mô hình BFT bất đồng bộ, hệ thống bao gồm n = 3f + 1 tiến trình, trong đó f tiến trình có thể bị đối thủ phá hoại một cách ác ý. Các tiến trình này giao tiếp với nhau thông qua các kênh bất đồng bộ, độ trễ của việc truyền tải tin nhắn do đối thủ kiểm soát. Mỗi tiến trình sở hữu một cặp khóa công khai và riêng tư để ký và xác thực, đảm bảo tính xác thực và toàn vẹn của tin nhắn.
Blockchain Nhận thức chung
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, thông qua giao thức nhận thức chung đảm bảo rằng các khối này đạt được sự đồng thuận trên tất cả các nút trung thực. Giao thức nhận thức chung Blockchain cần đáp ứng một số yêu cầu cơ bản sau:
Hoạt tính: Trong việc thực thi vô hạn, tồn tại một chuỗi khối đã quyết định vô hạn.
Tính nhất quán: Nếu có hai chuỗi Blockchain đã được quyết định, thì một trong hai chuỗi đó phải là tiền tố của chuỗi còn lại.
Chất lượng P: Trong blockchain đã được quyết định, tỷ lệ giao dịch do các nút trung thực nhập vào ít nhất là p.
= Thách thức của giao thức nhận thức chung bất đồng bộ hiện tại
Hiện tại, giao thức nhận thức chung bất đồng bộ nhanh nhất là 2-chain VABA, với độ trễ dự kiến là 9.5δ. Tuy nhiên, giao thức này tồn tại nhiều phương thức tấn công khác nhau, gây hại cho tính nhất quán và tính khả thi của nó. Ví dụ, các cuộc tấn công do thiếu kiểm tra chứng thực, các cuộc tấn công sử dụng chiến lược nâng cao để cản trở tính khả thi, cũng như các cuộc tấn công nhất quán do nới lỏng định nghĩa chứng thực lãnh đạo. Mặc dù 2-chain VABA đã giới thiệu một số cơ chế mới, chẳng hạn như nhiều phiên bản song song hoạt động đồng thời, nhưng vẫn chưa giải quyết hoàn toàn những vấn đề này.
Thiết kế giao thức mới: 2PAC (Nhận thức chung bất đồng bộ 2 giai đoạn)
Dựa trên phân tích các giao thức hiện có, các nhà nghiên cứu đã đề xuất giao thức 2PAC. Giao thức này cải thiện hiệu suất một cách đáng kể bằng cách đơn giản hóa và tối ưu hóa quá trình nhận thức chung. Cụ thể bao gồm hai biến thể:
2PAClean：
Đã đạt được +90% thông lượng và độ trễ dự kiến 9.5δ, độ phức tạp thông điệp là O(n²).
Bằng cách loại bỏ các tương tác và chi phí tính toán không cần thiết, hiệu quả của giao thức đã được cải thiện.
2PACBIG：
Là giao thức nhận thức chung blockchain nhanh nhất hiện nay với độ phức tạp thông tin O(n³).
Thời gian chạy MVBA một lần không có lỗi là 4δ, giảm thiểu độ trễ một cách đáng kể.
Siêu nhanh dòng chảy Khối
Các nhà nghiên cứu đã đề xuất một thiết kế khối theo đường ống mới, giảm đáng kể độ trễ của khối theo đường ống. Bằng cách giới thiệu cơ chế đường dẫn nhanh, trong bộ lập lịch công bằng, thời gian quyết định của khối theo đường ống thậm chí còn nhỏ hơn cả khối không theo đường ống. Cơ chế này đảm bảo độ trễ của đường dẫn nhanh trong tất cả các thực thi và không bị ảnh hưởng bởi hành vi của các tiến trình gặp lỗi.
Kết quả định lượng
Thông qua phân tích lý thuyết và thử nghiệm thực tế, độ trễ kỳ vọng tồi tệ nhất của 2PAClean là 9.5δ, trong khi trong trường hợp tốt (không có lỗi và bộ lập lịch bán công bằng) là 6δ. So với đó, độ trễ kỳ vọng của sMVBA là 10δ, trong trường hợp tốt là 6δ. Do đó, 2PAClean đã giảm độ trễ tồi tệ nhất xuống 0.5δ trong khi vẫn giữ độ trễ trong trường hợp tốt giống nhau. Hơn nữa, thông lượng của 2PAClean so với sMVBA theo chuỗi đã tăng từ 80% đến 100%, chủ yếu là do thiết kế mới đã tránh được việc bỏ qua các khối không cần thiết và chi phí tính toán.
2PACBIG với độ phức tạp thông điệp là O(n³), thời gian chạy MVBA một lần của nó là 4δ, nhanh hơn tất cả các giao thức hiện có. Hơn nữa, thiết kế khối dòng siêu nhanh cho phép s2PAClean và s2PACBIG đạt được thời gian quyết định khối dòng lần lượt là 4δ và 3δ, nâng cao hơn nữa hiệu suất của giao thức.
Đánh giá tính toán
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 các điều kiện mạng khác nhau, đặc biệt là trong môi trường độ trễ cao và tỷ lệ lỗi cao. Cụ thể, 2PAClean đạt được sự cân bằng tốt giữa độ trễ truyền tải tin nhắn và độ phức tạp tính toán, trong khi 2PACBIG thì đạt được độ trễ thấp hơn thông qua việc song song hóa và tối ưu hóa quy trình bỏ phiếu.
Với sự phát triển không ngừng của công nghệ Blockchain, giao thức nhận thức chung BFT bất đồng bộ sẽ ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và nâng cao hiệu suất. Thiết kế 2PAC và khối đường ống siêu nhanh đã thể hiện hướng phát triển của các giao thức nhận thức chung Blockchain trong tương lai, đó là thông qua việc đơn giản hóa cấu trúc giao thức và tối ưu hóa quy trình nhận thức chung, đạt được thông lượng cao hơn và độ trễ thấp hơn.
Hướng nghiên cứu trong tương lai
Nghiên cứu trong tương lai có thể khám phá thêm một số hướng sau đây:
Giao thức tối ưu: Tiến hành đơn giản hóa và tối ưu hóa cấu trúc giao thức, giảm thiểu việc truyền tải tin nhắn và chi phí tính toán không cần thiết.
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 độ tin cậy của nó trong ứng dụng thực tế.
Ứng dụng thực tế: Áp dụng giao thức mới vào hệ thống Blockchain thực tế, xác minh hiệu suất của nó trong môi trường mạng thực.
Thông qua việc nghiên cứu và tối ưu hóa liên tục, chúng tôi có lý do để tin rằng công nghệ Blockchain sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong nền kinh tế số trong tương lai, trong khi giao thức nhận thức chung thế hệ mới sẽ cung cấp nền tảng vững chắc cho sự phát triển của công nghệ này.
Xem bản gốc
Trang này có thể chứa nội dung của bên thứ ba, được cung cấp chỉ nhằm mục đích thông tin (không phải là tuyên bố/bảo đảm) và không được coi là sự chứng thực cho quan điểm của Gate hoặc là lời khuyên về tài chính hoặc chuyên môn. Xem Tuyên bố từ chối trách nhiệm để biết chi tiết.
Đột phá mới trong nhận thức chung BFT bất đồng bộ: giao thức 2PAC đạt được thông lượng cao hơn và trễ thấp hơn.
Tiến triển và ứng dụng mới nhất của giao thức nhận thức chung Blockchain
Công nghệ Blockchain, như một loại giao thức sổ cái phân tán phi tập trung, đảm bảo tính toàn vẹn và tính nhất quán của dữ liệu thông qua cơ chế nhận thức chung. Cơ chế nhận thức chung là cốt lõi của hệ thống Blockchain, hiệu suất của nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng mở rộng và tính bảo mật của Blockchain. Cơ chế nhận thức chung Byzantine Fault Tolerance (BFT) có những ưu thế 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.
Báo cáo này khám phá tình trạng phát triển của giao thức nhận thức chung blockchain, tập trung phân tích những tiến bộ gần đây của giao thức sao chép trạng thái chịu lỗi Byzantine bất đồng bộ (BFT SMR). Giao thức bất đồng bộ nhanh nhất hiện nay là 2-chain VABA, nhưng do có lỗ hổng, nên độ trễ dự kiến 9.5δ của nó không được thực hiện. Do đó, sMVBA trở thành giao thức MVBA bất đồng bộ nhanh nhất hiện nay, với độ trễ dự kiến 10δ. Báo cáo cũng đề xuất hai thiết kế giao thức mới, đó là 2PAC (nhận thức chung bất đồng bộ giai đoạn 2) và khối siêu nhanh theo đường ống, thể hiện sự cải tiến đáng kể về thông lượng và độ trễ.
Mô hình và định nghĩa
Trong mô hình BFT bất đồng bộ, hệ thống bao gồm n = 3f + 1 tiến trình, trong đó f tiến trình có thể bị đối thủ phá hoại một cách ác ý. Các tiến trình này giao tiếp với nhau thông qua các kênh bất đồng bộ, độ trễ của việc truyền tải tin nhắn do đối thủ kiểm soát. Mỗi tiến trình sở hữu một cặp khóa công khai và riêng tư để ký và xác thực, đảm bảo tính xác thực và toàn vẹn của tin nhắn.
Blockchain Nhận thức chung
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, thông qua giao thức nhận thức chung đảm bảo rằng các khối này đạt được sự đồng thuận trên tất cả các nút trung thực. Giao thức nhận thức chung Blockchain cần đáp ứng một số yêu cầu cơ bản sau:
= Thách thức của giao thức nhận thức chung bất đồng bộ hiện tại
Hiện tại, giao thức nhận thức chung bất đồng bộ nhanh nhất là 2-chain VABA, với độ trễ dự kiến là 9.5δ. Tuy nhiên, giao thức này tồn tại nhiều phương thức tấn công khác nhau, gây hại cho tính nhất quán và tính khả thi của nó. Ví dụ, các cuộc tấn công do thiếu kiểm tra chứng thực, các cuộc tấn công sử dụng chiến lược nâng cao để cản trở tính khả thi, cũng như các cuộc tấn công nhất quán do nới lỏng định nghĩa chứng thực lãnh đạo. Mặc dù 2-chain VABA đã giới thiệu một số cơ chế mới, chẳng hạn như nhiều phiên bản song song hoạt động đồng thời, nhưng vẫn chưa giải quyết hoàn toàn những vấn đề này.
Thiết kế giao thức mới: 2PAC (Nhận thức chung bất đồng bộ 2 giai đoạn)
Dựa trên phân tích các giao thức hiện có, các nhà nghiên cứu đã đề xuất giao thức 2PAC. Giao thức này cải thiện hiệu suất một cách đáng kể bằng cách đơn giản hóa và tối ưu hóa quá trình nhận thức chung. Cụ thể bao gồm hai biến thể:
2PAClean：
2PACBIG：
Siêu nhanh dòng chảy Khối
Các nhà nghiên cứu đã đề xuất một thiết kế khối theo đường ống mới, giảm đáng kể độ trễ của khối theo đường ống. Bằng cách giới thiệu cơ chế đường dẫn nhanh, trong bộ lập lịch công bằng, thời gian quyết định của khối theo đường ống thậm chí còn nhỏ hơn cả khối không theo đường ống. Cơ chế này đảm bảo độ trễ của đường dẫn nhanh trong tất cả các thực thi và không bị ảnh hưởng bởi hành vi của các tiến trình gặp lỗi.
Kết quả định lượng
Thông qua phân tích lý thuyết và thử nghiệm thực tế, độ trễ kỳ vọng tồi tệ nhất của 2PAClean là 9.5δ, trong khi trong trường hợp tốt (không có lỗi và bộ lập lịch bán công bằng) là 6δ. So với đó, độ trễ kỳ vọng của sMVBA là 10δ, trong trường hợp tốt là 6δ. Do đó, 2PAClean đã giảm độ trễ tồi tệ nhất xuống 0.5δ trong khi vẫn giữ độ trễ trong trường hợp tốt giống nhau. Hơn nữa, thông lượng của 2PAClean so với sMVBA theo chuỗi đã tăng từ 80% đến 100%, chủ yếu là do thiết kế mới đã tránh được việc bỏ qua các khối không cần thiết và chi phí tính toán.
2PACBIG với độ phức tạp thông điệp là O(n³), thời gian chạy MVBA một lần của nó là 4δ, nhanh hơn tất cả các giao thức hiện có. Hơn nữa, thiết kế khối dòng siêu nhanh cho phép s2PAClean và s2PACBIG đạt được thời gian quyết định khối dòng lần lượt là 4δ và 3δ, nâng cao hơn nữa hiệu suất của giao thức.
Đánh giá tính toán
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 các điều kiện mạng khác nhau, đặc biệt là trong môi trường độ trễ cao và tỷ lệ lỗi cao. Cụ thể, 2PAClean đạt được sự cân bằng tốt giữa độ trễ truyền tải tin nhắn và độ phức tạp tính toán, trong khi 2PACBIG thì đạt được độ trễ thấp hơn thông qua việc song song hóa và tối ưu hóa quy trình bỏ phiếu.
Với sự phát triển không ngừng của công nghệ Blockchain, giao thức nhận thức chung BFT bất đồng bộ sẽ ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và nâng cao hiệu suất. Thiết kế 2PAC và khối đường ống siêu nhanh đã thể hiện hướng phát triển của các giao thức nhận thức chung Blockchain trong tương lai, đó là thông qua việc đơn giản hóa cấu trúc giao thức và tối ưu hóa quy trình nhận thức chung, đạt được thông lượng cao hơn và độ trễ thấp hơn.
Hướng nghiên cứu trong tương lai
Nghiên cứu trong tương lai có thể khám phá thêm một số hướng sau đây:
Thông qua việc nghiên cứu và tối ưu hóa liên tục, chúng tôi có lý do để tin rằng công nghệ Blockchain sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong nền kinh tế số trong tương lai, trong khi giao thức nhận thức chung thế hệ mới sẽ cung cấp nền tảng vững chắc cho sự phát triển của công nghệ này.