Derniers développements et applications des protocoles de consensus blockchain
La technologie blockchain, en tant que technologie de registre distribué décentralisé, garantit l'intégrité et la cohérence des données grâce à des mécanismes de consensus. Le mécanisme de consensus est au cœur des systèmes blockchain, et sa performance influence directement l'évolutivité et la sécurité de la blockchain. Le mécanisme de consensus de tolérance aux pannes byzantines asynchrones (BFT) présente des avantages uniques pour faire face aux délais de réseau et aux défaillances partielles des nœuds, ce qui en fait un sujet de recherche privilégié.
Cet article explore l'état actuel du développement des protocoles de consensus blockchain, en se concentrant sur les derniers progrès du protocole de réplication d'état tolérant aux fautes de Byzantine asynchrone (BFT SMR). Le protocole asynchrone le plus rapide actuellement est le 2-chain VABA, mais en raison de vulnérabilités, son délai d'attente prévu de 9,5δ n'a pas été réalisé. Par conséquent, le sMVBA est devenu le protocole MVBA asynchrone le plus rapide, avec un délai d'attente prévu de 10δ. L'article propose également deux nouvelles conceptions de protocole, à savoir 2PAC (consensus asynchrone en 2 étapes) et pipeline de blocs ultra-rapide, montrant des améliorations significatives en termes de débit et de délai.
Modèles et définitions
Dans le modèle BFT asynchrone, le système est composé de n = 3f + 1 processus, dont f peuvent être compromis de manière malveillante. Ces processus communiquent entre eux par des canaux asynchrones, et le délai de transmission des messages est incontrôlable. Chaque processus possède une paire de clés publique et privée pour la signature et la vérification, garantissant l'authenticité et l'intégrité des messages.
Consensus blockchain
Le protocole de consensus blockchain vise à faire en sorte que tous les nœuds honnêtes parviennent à un accord sur l'état de la blockchain. Chaque nœud reçoit continuellement de nouvelles transactions et les regroupe en blocs, en s'assurant que ces blocs soient convenus par tous les nœuds honnêtes grâce au protocole de consensus. Le protocole de consensus blockchain doit répondre aux exigences fondamentales suivantes :
Activité : Dans une exécution infinie, il existe une blockchain déjà déterminée de longueur infinie.
Cohérence : s'il existe deux chaînes de blocs décidées, l'une doit être le préfixe de l'autre.
P qualité : Dans une blockchain décidée, la proportion de transactions saisies par des nœuds honnêtes doit être d'au moins p.
Défis des protocoles de consensus asynchrone actuels
Bien que le VABA à 2 chaînes ait un retard d'attente prévu de 9,5 δ, il existe plusieurs types d'attaques qui compromettent sa cohérence et sa vitalité. Par exemple, des attaques dues à un manque de vérification des authentifications, des attaques qui entravent la vitalité en utilisant des stratégies de promotion, ainsi que des attaques de cohérence résultant d'une définition assouplie de l'authentification des leaders, etc. Bien que de nouveaux mécanismes aient été introduits, tels que l'exécution parallèle de plusieurs instances, ces problèmes n'ont pas encore été complètement résolus.
Nouveau design de protocole : 2PAC (Consensus asynchrone en 2 étapes)
Sur la base de l'analyse des protocoles existants, les chercheurs ont proposé le protocole 2PAC. Ce protocole améliore considérablement les performances en simplifiant et en optimisant le processus de consensus. Il comprend spécifiquement deux variantes :
2PAClean :
A réalisé une capacité de traitement supérieure à 90 % et un délai d'attente prévu de 9,5δ, avec une complexité de message de O(n²).
L'efficacité du protocole a été améliorée en éliminant les interactions et les coûts de calcul inutiles.
2PACBIG :
C'est le protocole de consensus blockchain le plus rapide avec une complexité de message de O(n³).
Le temps d'exécution unique du MVBA sans erreur est de 4δ, ce qui réduit considérablement la latence.
Chaîne de blocs ultra-rapide
Les chercheurs ont proposé un nouveau design de bloc en pipeline, réduisant significativement le délai des blocs en pipeline. En introduisant un mécanisme de chemin rapide, le temps de décision des blocs en pipeline est même inférieur à celui des blocs non en pipeline sous un planificateur équitable. Ce mécanisme garantit le délai du chemin rapide dans toutes les exécutions et n'est pas affecté par le comportement des processus en panne.
Résultats quantitatifs
Grâce à l'analyse théorique et aux tests pratiques, le délai attendu de 2PAClean dans le pire des cas est de 9.5δ, tandis que dans le meilleur des cas (sans pannes et avec un ordonnanceur semi-équitable), il est de 6δ. En comparaison, le délai attendu de sMVBA est de 10δ, et dans le meilleur des cas, il est de 6δ. Par conséquent, 2PAClean réduit le délai dans le pire des cas de 0.5δ tout en maintenant le même délai dans le meilleur des cas. De plus, le débit de 2PAClean est amélioré de 80 % à 100 % par rapport à la sMVBA en chaîne, principalement en raison de l'évitement dans la nouvelle conception des abandons de blocs inutiles et des coûts de calcul.
2PACBIG, en tant que protocole avec une complexité de message de O(n³), a un temps d'exécution MVBA par itération de 4δ, ce qui est plus rapide que tous les protocoles existants. De plus, la conception de blocs en pipeline ultra-rapide permet à s2PAClean et s2PACBIG d'atteindre respectivement des temps de décision de blocs en pipeline de 4δ et 3δ, améliorant ainsi encore la performance du protocole.
Évaluation des calculs
Pour évaluer les performances du nouveau protocole, les chercheurs ont effectué une large évaluation computationnelle. Les résultats montrent que 2PAClean et 2PACBIG affichent d'excellentes performances dans diverses conditions réseau, en particulier dans des environnements à forte latence et à taux de panne élevé. Plus précisément, 2PAClean réalise un bon équilibre entre la latence de transmission des messages et la complexité computationnelle, tandis que 2PACBIG atteint une latence plus faible grâce à la parallélisation et à l'optimisation du processus de vote.
Avec le développement continu de la technologie blockchain, le protocole de consensus BFT asynchrone jouera un rôle de plus en plus important dans la garantie de la sécurité et l'amélioration des performances. La conception de 2PAC et des blocs en pipeline ultra-rapide montre la direction future du développement des protocoles de consensus blockchain, à savoir réaliser un débit plus élevé et une latence plus faible en simplifiant la structure du protocole et en optimisant le processus de consensus.
Directions de recherche futures
Les recherches futures peuvent explorer plusieurs directions suivantes :
Optimisation du protocole : simplification et optimisation supplémentaires de la structure du protocole, réduction des messages et des coûts de calcul inutiles.
Analyse de la sécurité : analyser en profondeur la sécurité du nouveau protocole dans divers scénarios d'attaque, afin d'assurer sa fiabilité dans les applications pratiques.
Application concrète : appliquer le nouveau protocole dans un système blockchain réel, afin de vérifier ses performances dans un environnement réseau réel.
En résumé, cet article analyse en détail les avantages et les inconvénients des protocoles de consensus blockchain asynchrones actuels, et propose deux nouvelles conceptions de protocoles, à savoir 2PAC et la blockchain à pipeline ultra-rapide. Les nouvelles conceptions montrent des avantages significatifs en termes de débit accru et de réduction de latence, fournissant une référence importante pour le développement futur de la technologie blockchain. Ces nouveaux protocoles ont prouvé leur supériorité non seulement sur le plan théorique mais ont également démontré des performances exceptionnelles lors des tests pratiques, offrant de nouvelles idées pour réaliser des protocoles de consensus blockchain efficaces et sécurisés.
Grâce à des recherches et à des optimisations constantes, nous avons des raisons de croire que la technologie blockchain jouera un rôle de plus en plus important dans l'économie numérique de demain, et que la nouvelle génération de protocoles de consensus fournira une base solide pour le développement de cette technologie.
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GhostWalletSleuth
· 07-16 18:59
Principalement axé sur la dernière technologie Blockchain, si vous n'êtes pas d'accord, venez débattre.
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AirdropHunter420
· 07-16 16:07
incroyable Qui aurait pensé que le bft pouvait être joué comme ça
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StakeHouseDirector
· 07-16 06:08
Le protocole devient de plus en plus nombreux, ça s'emballe.
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GasFeeLady
· 07-13 20:33
encore moins cher que le gaz eth l1 à vrai dire...
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SchrodingerAirdrop
· 07-13 20:30
Vitesse, quand ça pump, qui joue encore sur d'autres chaînes
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CrashHotline
· 07-13 20:27
Améliorer aussi rapidement, c'est juste pour jouer ?
Nouvelle percée dans le consensus BFT asynchrone : le protocole 2PAC améliore considérablement la performance de la blockchain
Derniers développements et applications des protocoles de consensus blockchain
La technologie blockchain, en tant que technologie de registre distribué décentralisé, garantit l'intégrité et la cohérence des données grâce à des mécanismes de consensus. Le mécanisme de consensus est au cœur des systèmes blockchain, et sa performance influence directement l'évolutivité et la sécurité de la blockchain. Le mécanisme de consensus de tolérance aux pannes byzantines asynchrones (BFT) présente des avantages uniques pour faire face aux délais de réseau et aux défaillances partielles des nœuds, ce qui en fait un sujet de recherche privilégié.
Cet article explore l'état actuel du développement des protocoles de consensus blockchain, en se concentrant sur les derniers progrès du protocole de réplication d'état tolérant aux fautes de Byzantine asynchrone (BFT SMR). Le protocole asynchrone le plus rapide actuellement est le 2-chain VABA, mais en raison de vulnérabilités, son délai d'attente prévu de 9,5δ n'a pas été réalisé. Par conséquent, le sMVBA est devenu le protocole MVBA asynchrone le plus rapide, avec un délai d'attente prévu de 10δ. L'article propose également deux nouvelles conceptions de protocole, à savoir 2PAC (consensus asynchrone en 2 étapes) et pipeline de blocs ultra-rapide, montrant des améliorations significatives en termes de débit et de délai.
Modèles et définitions
Dans le modèle BFT asynchrone, le système est composé de n = 3f + 1 processus, dont f peuvent être compromis de manière malveillante. Ces processus communiquent entre eux par des canaux asynchrones, et le délai de transmission des messages est incontrôlable. Chaque processus possède une paire de clés publique et privée pour la signature et la vérification, garantissant l'authenticité et l'intégrité des messages.
Consensus blockchain
Le protocole de consensus blockchain vise à faire en sorte que tous les nœuds honnêtes parviennent à un accord sur l'état de la blockchain. Chaque nœud reçoit continuellement de nouvelles transactions et les regroupe en blocs, en s'assurant que ces blocs soient convenus par tous les nœuds honnêtes grâce au protocole de consensus. Le protocole de consensus blockchain doit répondre aux exigences fondamentales suivantes :
Défis des protocoles de consensus asynchrone actuels
Bien que le VABA à 2 chaînes ait un retard d'attente prévu de 9,5 δ, il existe plusieurs types d'attaques qui compromettent sa cohérence et sa vitalité. Par exemple, des attaques dues à un manque de vérification des authentifications, des attaques qui entravent la vitalité en utilisant des stratégies de promotion, ainsi que des attaques de cohérence résultant d'une définition assouplie de l'authentification des leaders, etc. Bien que de nouveaux mécanismes aient été introduits, tels que l'exécution parallèle de plusieurs instances, ces problèmes n'ont pas encore été complètement résolus.
Nouveau design de protocole : 2PAC (Consensus asynchrone en 2 étapes)
Sur la base de l'analyse des protocoles existants, les chercheurs ont proposé le protocole 2PAC. Ce protocole améliore considérablement les performances en simplifiant et en optimisant le processus de consensus. Il comprend spécifiquement deux variantes :
2PAClean :
2PACBIG :
Chaîne de blocs ultra-rapide
Les chercheurs ont proposé un nouveau design de bloc en pipeline, réduisant significativement le délai des blocs en pipeline. En introduisant un mécanisme de chemin rapide, le temps de décision des blocs en pipeline est même inférieur à celui des blocs non en pipeline sous un planificateur équitable. Ce mécanisme garantit le délai du chemin rapide dans toutes les exécutions et n'est pas affecté par le comportement des processus en panne.
Résultats quantitatifs
Grâce à l'analyse théorique et aux tests pratiques, le délai attendu de 2PAClean dans le pire des cas est de 9.5δ, tandis que dans le meilleur des cas (sans pannes et avec un ordonnanceur semi-équitable), il est de 6δ. En comparaison, le délai attendu de sMVBA est de 10δ, et dans le meilleur des cas, il est de 6δ. Par conséquent, 2PAClean réduit le délai dans le pire des cas de 0.5δ tout en maintenant le même délai dans le meilleur des cas. De plus, le débit de 2PAClean est amélioré de 80 % à 100 % par rapport à la sMVBA en chaîne, principalement en raison de l'évitement dans la nouvelle conception des abandons de blocs inutiles et des coûts de calcul.
2PACBIG, en tant que protocole avec une complexité de message de O(n³), a un temps d'exécution MVBA par itération de 4δ, ce qui est plus rapide que tous les protocoles existants. De plus, la conception de blocs en pipeline ultra-rapide permet à s2PAClean et s2PACBIG d'atteindre respectivement des temps de décision de blocs en pipeline de 4δ et 3δ, améliorant ainsi encore la performance du protocole.
Évaluation des calculs
Pour évaluer les performances du nouveau protocole, les chercheurs ont effectué une large évaluation computationnelle. Les résultats montrent que 2PAClean et 2PACBIG affichent d'excellentes performances dans diverses conditions réseau, en particulier dans des environnements à forte latence et à taux de panne élevé. Plus précisément, 2PAClean réalise un bon équilibre entre la latence de transmission des messages et la complexité computationnelle, tandis que 2PACBIG atteint une latence plus faible grâce à la parallélisation et à l'optimisation du processus de vote.
Avec le développement continu de la technologie blockchain, le protocole de consensus BFT asynchrone jouera un rôle de plus en plus important dans la garantie de la sécurité et l'amélioration des performances. La conception de 2PAC et des blocs en pipeline ultra-rapide montre la direction future du développement des protocoles de consensus blockchain, à savoir réaliser un débit plus élevé et une latence plus faible en simplifiant la structure du protocole et en optimisant le processus de consensus.
Directions de recherche futures
Les recherches futures peuvent explorer plusieurs directions suivantes :
En résumé, cet article analyse en détail les avantages et les inconvénients des protocoles de consensus blockchain asynchrones actuels, et propose deux nouvelles conceptions de protocoles, à savoir 2PAC et la blockchain à pipeline ultra-rapide. Les nouvelles conceptions montrent des avantages significatifs en termes de débit accru et de réduction de latence, fournissant une référence importante pour le développement futur de la technologie blockchain. Ces nouveaux protocoles ont prouvé leur supériorité non seulement sur le plan théorique mais ont également démontré des performances exceptionnelles lors des tests pratiques, offrant de nouvelles idées pour réaliser des protocoles de consensus blockchain efficaces et sécurisés.
Grâce à des recherches et à des optimisations constantes, nous avons des raisons de croire que la technologie blockchain jouera un rôle de plus en plus important dans l'économie numérique de demain, et que la nouvelle génération de protocoles de consensus fournira une base solide pour le développement de cette technologie.