Những tiến triển và ứng dụng mới nhất của giao thức đồng thuận blockchain
Công nghệ blockchain, như một loại công nghệ sổ cái phân tán phi tập trung, đảm bảo tính toàn vẹn và nhất quán của dữ liệu thông qua cơ chế đồng thuận. Cơ chế đồng thuận là cốt lõi của hệ thống blockchain, hiệu suất của nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng mở rộng và tính an toàn của blockchain. Cơ chế đồng thuận Byzantine Fault Tolerance (BFT) có những ưu điểm 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.
Bài viết này khám phá tình trạng phát triển của các giao thức đồng thuận blockchain, tập trung phân tích những tiến bộ mới nhất của giao thức sao chép trạng thái bất đối xứng Byzantine Fault Tolerant (BFT SMR). Giao thức bất đối xứng nhanh nhất hiện nay là 2-chain VABA, nhưng do có lỗ hổng, độ trễ dự kiến 9.5δ của nó không thể đạt được. Do đó, sMVBA trở thành giao thức MVBA bất đối xứng nhanh nhất hiện nay, với độ trễ dự kiến là 10δ. Bài viết cũng đề xuất hai thiết kế giao thức mới, đó là 2PAC (đồng thuận bất đối xứng 2 giai đoạn) và khối siêu nhanh theo chuỗi, cho thấy sự cải tiến rõ rệt về thông lượng và độ trễ.
Mô hình và định nghĩa
Trong mô hình BFT không đồng bộ, hệ thống bao gồm n = 3f + 1 tiến trình, trong đó f tiến trình có thể bị phá hoại ác ý. Các tiến trình này giao tiếp với nhau qua các kênh không đồng bộ, và độ trễ truyền tin là không thể kiểm soát. Mỗi tiến trình có một cặp khóa công khai và riêng tư để ký và xác minh, đảm bảo tính xác thực và toàn vẹn của tin nhắn.
Sự đồng thuận blockchain
Giao thức đồng thuận blockchain nhằm mục đích làm cho tất cả các nút trung thực thống nhất về trạng thái của blockchain. Mỗi nút liên tục nhận các giao dịch mới và đóng gói chúng thành các khối, thông qua giao thức đồng thuận đảm bảo rằng các khối này đạt được sự đồng thuận trên tất cả các nút trung thực. Giao thức đồng thuận blockchain cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:
Tính hoạt động: Trong việc thực hiện vô hạn, có một chuỗi khối đã được quyết định vô hạn.
Tính nhất quán: Nếu tồn tại hai chuỗi khối đã được quyết định, thì một trong hai chuỗi 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.
Những thách thức hiện tại của giao thức đồng thuận bất đồng bộ
Mặc dù độ trễ dự kiến của 2-chain VABA là 9.5δ, nhưng vẫn tồn tại nhiều phương thức tấn công, phá vỡ tính nhất quán và tính khả dụng của nó. Ví dụ, các cuộc tấn công do thiếu kiểm tra xác thực, các cuộc tấn công cản trở tính khả dụng bằng cách tận dụng chiến lược nâng cao, và các cuộc tấn công nhất quán do nới lỏng định nghĩa xác thực nhà lãnh đạo, v.v. Mặc dù đã giới thiệu một số cơ chế mới, như chạy song song nhiều phiên bản song song, nhưng vẫn chưa hoàn toàn giải quyết được những vấn đề này.
Thiết kế giao thức mới: 2PAC (Đồng thuận không 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 quy trình đồng thuận. Cụ thể bao gồm hai biến thể:
2PAClean：
Đạt được hơn 90% thông lượng và độ trễ mong đợi là 9.5δ, độ phức tạp thông điệp là O(n²).
Nâng cao hiệu quả của giao thức bằng cách loại bỏ các tương tác và chi phí tính toán không cần thiết.
2PACBIG：
Là giao thức đồng thuận blockchain nhanh nhất hiện nay với độ phức tạp thông báo là O(n³).
Thời gian chạy MVBA một lần không có lỗi là 4δ, giảm đáng kể độ trễ.
Dòng chảy siêu nhanh
Các nhà nghiên cứu đã đề xuất một thiết kế khối ống dẫn mới, giảm đáng kể độ trễ của khối ống dẫn. Bằng cách giới thiệu cơ chế đường dẫn nhanh, thời gian quyết định của khối ống dẫn thậm chí còn nhỏ hơn cả khối không ống dẫn dưới bộ lập lịch công bằng. Cơ chế này đảm bảo độ trễ của đường dẫn nhanh trong tất cả các hoạt động thực thi và không bị ảnh hưởng bởi hành vi của các tiến trình bị lỗi.
Kết quả định lượng
Qua phân tích lý thuyết và thử nghiệm thực tế, độ trễ kỳ vọng trong trường hợp xấu 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 trong trường hợp xấu nhất xuống 0.5δ trong khi giữ nguyên độ trễ trong trường hợp tốt. Hơn nữa, thông lượng của 2PAClean đã tăng từ 80% đến 100% so với sMVBA chuỗi, chủ yếu do thiết kế mới đã tránh được việc bỏ khối không cần thiết và chi phí tính toán.
2PACBIG là một giao thức có độ phức tạp thông điệp là O(n³), thời gian chạy MVBA cho mỗi lần là 4δ, nhanh hơn tất cả các giao thức hiện có. Ngoài ra, thiết kế khối siêu nhanh cho phép s2PAClean và s2PACBIG đạt được thời gian quyết định khối 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 có độ trễ cao và tỷ lệ lỗi cao. Cụ thể, 2PAClean đạt được sự cân bằng tốt giữa độ trễ truyền tin và độ phức tạp tính toán, trong khi 2PACBIG giảm độ trễ hơn nữa 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 đồng thuận BFT bất đồng bộ sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong việc đảm bảo tính an toàn và nâng cao hiệu suất. Thiết kế 2PAC và chuỗi khối siêu nhanh đã chỉ ra hướng phát triển của các giao thức đồng thuận blockchain trong tương lai, tức là thông qua việc đơn giản hóa cấu trúc giao thức và tối ưu hóa quá trình đồng thuận, đạt được thông lượng cao hơn và độ trễ thấp hơn.
Hướng nghiên cứu tương lai
Nghiên cứu trong tương lai có thể khám phá thêm một số hướng sau:
Tối ưu hóa giao thức: Tiến hành đơn giản hóa và tối ưu hóa cấu trúc giao thức, giảm bớt việc truyền tải thông điệp không cần thiết và chi phí tính toán.
Phân tích an ninh: Phân tích sâu về tính an toàn của giao thức mới trong các kịch bản tấn công khác nhau, đảm bảo tính đáng tin cậy của nó trong các 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.
Tóm lại, bài viết này phân tích chi tiết những ưu nhược điểm của các giao thức đồng thuận blockchain bất đồng bộ hiện tại và đề xuất hai thiết kế giao thức mới, đó là 2PAC và chuỗi khối siêu nhanh. Thiết kế mới cho thấy lợi thế đáng kể trong việc nâng cao thông lượng và giảm độ trễ, cung cấp tham khảo quan trọng cho sự phát triển công nghệ blockchain trong tương lai. Những giao thức mới này không chỉ chứng minh tính ưu việt của mình về lý thuyết mà còn thể hiện hiệu suất xuất sắc trong các thử nghiệm thực tế, cung cấp những ý tưởng mới cho việc đạt được giao thức đồng thuận blockchain hiệu quả và an toàn.
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, và các giao thức đồng thuận 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.
11 thích
Phần thưởng
11
7
Chia sẻ
Bình luận
0/400
GhostWalletSleuth
· 07-16 18:59
Chủ yếu là công nghệ Blockchain mới nhất, không phục thì đến tranh luận.
Xem bản gốcTrả lời0
AirdropHunter420
· 07-16 16:07
tuyệt vời Ai nghĩ rằng bft có thể chơi như vậy
Xem bản gốcTrả lời0
StakeHouseDirector
· 07-16 06:08
giao thức càng ngày càng nhiều, đã bắt đầu trở nên sôi động.
Đột phá mới trong đồng thuận BFT bất đồng bộ: Giao thức 2PAC cải thiện đáng kể hiệu suất blockchain
Những tiến triển và ứng dụng mới nhất của giao thức đồng thuận blockchain
Công nghệ blockchain, như một loại công nghệ sổ cái phân tán phi tập trung, đảm bảo tính toàn vẹn và nhất quán của dữ liệu thông qua cơ chế đồng thuận. Cơ chế đồng thuận là cốt lõi của hệ thống blockchain, hiệu suất của nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng mở rộng và tính an toàn của blockchain. Cơ chế đồng thuận Byzantine Fault Tolerance (BFT) có những ưu điểm 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.
Bài viết này khám phá tình trạng phát triển của các giao thức đồng thuận blockchain, tập trung phân tích những tiến bộ mới nhất của giao thức sao chép trạng thái bất đối xứng Byzantine Fault Tolerant (BFT SMR). Giao thức bất đối xứng nhanh nhất hiện nay là 2-chain VABA, nhưng do có lỗ hổng, độ trễ dự kiến 9.5δ của nó không thể đạt được. Do đó, sMVBA trở thành giao thức MVBA bất đối xứng nhanh nhất hiện nay, với độ trễ dự kiến là 10δ. Bài viết cũng đề xuất hai thiết kế giao thức mới, đó là 2PAC (đồng thuận bất đối xứng 2 giai đoạn) và khối siêu nhanh theo chuỗi, cho thấy sự cải tiến rõ rệt về thông lượng và độ trễ.
Mô hình và định nghĩa
Trong mô hình BFT không đồng bộ, hệ thống bao gồm n = 3f + 1 tiến trình, trong đó f tiến trình có thể bị phá hoại ác ý. Các tiến trình này giao tiếp với nhau qua các kênh không đồng bộ, và độ trễ truyền tin là không thể kiểm soát. Mỗi tiến trình có một cặp khóa công khai và riêng tư để ký và xác minh, đảm bảo tính xác thực và toàn vẹn của tin nhắn.
Sự đồng thuận blockchain
Giao thức đồng thuận blockchain nhằm mục đích làm cho tất cả các nút trung thực thống nhất về trạng thái của blockchain. Mỗi nút liên tục nhận các giao dịch mới và đóng gói chúng thành các khối, thông qua giao thức đồng thuận đảm bảo rằng các khối này đạt được sự đồng thuận trên tất cả các nút trung thực. Giao thức đồng thuận blockchain cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:
Những thách thức hiện tại của giao thức đồng thuận bất đồng bộ
Mặc dù độ trễ dự kiến của 2-chain VABA là 9.5δ, nhưng vẫn tồn tại nhiều phương thức tấn công, phá vỡ tính nhất quán và tính khả dụng của nó. Ví dụ, các cuộc tấn công do thiếu kiểm tra xác thực, các cuộc tấn công cản trở tính khả dụng bằng cách tận dụng chiến lược nâng cao, và các cuộc tấn công nhất quán do nới lỏng định nghĩa xác thực nhà lãnh đạo, v.v. Mặc dù đã giới thiệu một số cơ chế mới, như chạy song song nhiều phiên bản song song, nhưng vẫn chưa hoàn toàn giải quyết được những vấn đề này.
Thiết kế giao thức mới: 2PAC (Đồng thuận không 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 quy trình đồng thuận. Cụ thể bao gồm hai biến thể:
2PAClean：
2PACBIG：
Dòng chảy siêu nhanh
Các nhà nghiên cứu đã đề xuất một thiết kế khối ống dẫn mới, giảm đáng kể độ trễ của khối ống dẫn. Bằng cách giới thiệu cơ chế đường dẫn nhanh, thời gian quyết định của khối ống dẫn thậm chí còn nhỏ hơn cả khối không ống dẫn dưới bộ lập lịch công bằng. Cơ chế này đảm bảo độ trễ của đường dẫn nhanh trong tất cả các hoạt động thực thi và không bị ảnh hưởng bởi hành vi của các tiến trình bị lỗi.
Kết quả định lượng
Qua phân tích lý thuyết và thử nghiệm thực tế, độ trễ kỳ vọng trong trường hợp xấu 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 trong trường hợp xấu nhất xuống 0.5δ trong khi giữ nguyên độ trễ trong trường hợp tốt. Hơn nữa, thông lượng của 2PAClean đã tăng từ 80% đến 100% so với sMVBA chuỗi, chủ yếu do thiết kế mới đã tránh được việc bỏ khối không cần thiết và chi phí tính toán.
2PACBIG là một giao thức có độ phức tạp thông điệp là O(n³), thời gian chạy MVBA cho mỗi lần là 4δ, nhanh hơn tất cả các giao thức hiện có. Ngoài ra, thiết kế khối siêu nhanh cho phép s2PAClean và s2PACBIG đạt được thời gian quyết định khối 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 có độ trễ cao và tỷ lệ lỗi cao. Cụ thể, 2PAClean đạt được sự cân bằng tốt giữa độ trễ truyền tin và độ phức tạp tính toán, trong khi 2PACBIG giảm độ trễ hơn nữa 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 đồng thuận BFT bất đồng bộ sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong việc đảm bảo tính an toàn và nâng cao hiệu suất. Thiết kế 2PAC và chuỗi khối siêu nhanh đã chỉ ra hướng phát triển của các giao thức đồng thuận blockchain trong tương lai, tức là thông qua việc đơn giản hóa cấu trúc giao thức và tối ưu hóa quá trình đồng thuận, đạt được thông lượng cao hơn và độ trễ thấp hơn.
Hướng nghiên cứu tương lai
Nghiên cứu trong tương lai có thể khám phá thêm một số hướng sau:
Tóm lại, bài viết này phân tích chi tiết những ưu nhược điểm của các giao thức đồng thuận blockchain bất đồng bộ hiện tại và đề xuất hai thiết kế giao thức mới, đó là 2PAC và chuỗi khối siêu nhanh. Thiết kế mới cho thấy lợi thế đáng kể trong việc nâng cao thông lượng và giảm độ trễ, cung cấp tham khảo quan trọng cho sự phát triển công nghệ blockchain trong tương lai. Những giao thức mới này không chỉ chứng minh tính ưu việt của mình về lý thuyết mà còn thể hiện hiệu suất xuất sắc trong các thử nghiệm thực tế, cung cấp những ý tưởng mới cho việc đạt được giao thức đồng thuận blockchain hiệu quả và an toàn.
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, và các giao thức đồng thuận thế hệ mới sẽ cung cấp nền tảng vững chắc cho sự phát triển của công nghệ này.