Últimos avances y aplicaciones del protocolo de consenso de la cadena de bloques
La tecnología de cadena de bloques, como una tecnología de libro mayor distribuido descentralizado, asegura la integridad y consistencia de los datos a través de mecanismos de consenso. El mecanismo de consenso es el núcleo del sistema de cadena de bloques, y su rendimiento afecta directamente la escalabilidad y seguridad de la cadena de bloques. El mecanismo de consenso de tolerancia a fallos bizantinos asíncronos (BFT) tiene ventajas únicas para enfrentar la latencia de la red y la falla de nodos parciales, por lo que se ha convertido en un foco de investigación.
Este artículo explora el estado actual del desarrollo de los protocolos de consenso de la cadena de bloques, centrándose en los últimos avances del protocolo de replicación de máquinas de estado tolerantes a fallos bizantinos asíncronos (BFT SMR). El protocolo asíncrono más rápido en la actualidad es el sMVBA, con una latencia esperada de 10δ. El artículo también presenta dos nuevos diseños de protocolo, a saber, 2PAC (consenso asíncrono en 2 fases) y bloques de tuberías ultrarrápidas, que muestran mejoras significativas en términos de rendimiento y latencia.
Modelos y definiciones
En el modelo BFT asíncrono, el sistema está compuesto por n = 3f + 1 procesos, donde f procesos pueden ser maliciosamente comprometidos por adversarios. Estos procesos se comunican entre sí a través de canales asíncronos, y el retraso en la entrega de mensajes es controlado por los adversarios. Cada proceso posee un par de claves públicas y privadas para firmar y verificar, asegurando la autenticidad e integridad de los mensajes.
Cadena de bloques Consenso
El protocolo de consenso de la cadena de bloques tiene como objetivo lograr que todos los nodos honestos lleguen a un acuerdo sobre el estado de la cadena de bloques. Específicamente, cada nodo recibe constantemente nuevas transacciones y las empaqueta en bloques, asegurando a través del protocolo de consenso que estos bloques se acuerden en todos los nodos honestos. El protocolo de consenso de la cadena de bloques debe cumplir con los siguientes requisitos básicos:
Actividad (Liveness): en la ejecución infinita, existe una cadena de bloques decidida de longitud infinita.
Consistencia (Consistency): Si existen dos cadenas de bloques decididas, una de ellas debe ser un prefijo de la otra.
P calidad (P-Quality): en la cadena de bloques ya decidida, la proporción de transacciones ingresadas por nodos honestos debe ser al menos p.
Desafíos del protocolo de consenso asíncrono actual
El protocolo de consenso asíncrono actual enfrenta diversos desafíos, incluidos posibles daños a la consistencia y la vitalidad. Por ejemplo, la falta de verificación de la autenticación puede dar lugar a ataques, el uso de estrategias de mejora puede obstaculizar la vitalidad, y relajar la definición de autenticación del líder puede provocar ataques de consistencia, entre otros. Aunque algunos protocolos han introducido nuevos mecanismos, como la ejecución paralela de múltiples instancias, todavía no han logrado resolver completamente estos problemas.
Nuevo diseño de protocolo: 2PAC (Consenso asíncrono en 2 fases)
Basado en el análisis de los protocolos existentes, los investigadores propusieron el protocolo 2PAC. Este protocolo mejora significativamente el rendimiento al simplificar y optimizar el proceso de consenso. En concreto, incluye dos variantes:
2PAClean：
Se logró más del 90% de rendimiento y una latencia esperada de 9.5δ, con una complejidad de mensaje de O(n²).
Se mejoró la eficiencia del protocolo al eliminar interacciones y costos de cálculo innecesarios.
2PACBIG：
Es el protocolo de consenso de cadena de bloques más rápido con una complejidad de mensaje actual de O(n³).
El tiempo de ejecución de un MVBA sin fallos es de 4δ, lo que reduce drásticamente la latencia.
Super rápida línea de bloques
Los investigadores han propuesto un nuevo diseño de bloque en pipeline que reduce significativamente la latencia de los bloques en pipeline. Al introducir un mecanismo de ruta rápida, el tiempo de decisión de los bloques en pipeline es incluso menor que el de los bloques no en pipeline bajo un programador justo. Este mecanismo garantiza la latencia de la ruta rápida en todas las ejecuciones y no se ve afectado por el comportamiento de procesos con fallos.
Resultados cuantitativos
A través del análisis teórico y pruebas prácticas, la latencia esperada de 2PAClean en el peor de los casos es de 9.5δ, mientras que en el mejor de los casos (sin fallos y con un programador semiferaz) es de 6δ. En comparación, la latencia esperada de sMVBA es de 10δ, siendo de 6δ en el mejor de los casos. Por lo tanto, 2PAClean reduce la latencia del peor de los casos en 0.5δ, manteniendo la misma latencia en el mejor de los casos. Además, el rendimiento de 2PAClean mejora entre un 80% y un 100% en comparación con la cadena sMVBA, principalmente debido a que el nuevo diseño evita el descarte innecesario de bloques y los costos de cálculo.
2PACBIG como un protocolo con una complejidad de mensaje de O(n³), tiene un tiempo de ejecución de MVBA de 4δ, que es más rápido que todos los protocolos existentes. Además, el diseño de bloques en tubería ultrarrápido permite que s2PAClean y s2PACBIG logren un tiempo de decisión de bloques en tubería de 4δ y 3δ respectivamente, mejorando aún más el rendimiento del protocolo.
Evaluación de cálculo
Para verificar el rendimiento del nuevo protocolo, los investigadores realizaron una amplia evaluación computacional. Los resultados mostraron que 2PAClean y 2PACBIG demostraron un rendimiento excepcional en diversas condiciones de red, especialmente en entornos de alta latencia y alta tasa de fallos. Específicamente, 2PAClean logró un buen equilibrio entre la latencia de mensajería y la complejidad computacional, mientras que 2PACBIG logró una menor latencia a través de la paralelización y la optimización del proceso de votación.
Direcciones de investigación futura
Con el continuo desarrollo de la tecnología de cadena de bloques, el protocolo de consenso BFT asíncrono desempeñará un papel cada vez más importante en la garantía de la seguridad y la mejora del rendimiento. La investigación futura puede explorar aún más las siguientes direcciones:
Optimización del protocolo: simplificación y optimización adicional de la estructura del protocolo, reduciendo la transmisión de mensajes innecesarios y el costo de cálculo.
Análisis de seguridad: Analizar en profundidad la seguridad del nuevo protocolo en varios escenarios de ataque, asegurando su fiabilidad en aplicaciones prácticas.
Aplicación práctica: aplicar el nuevo protocolo en un sistema de cadena de bloques real, verificando su rendimiento en un entorno de red real.
A través de la investigación y optimización continuas, tenemos razones para creer que la tecnología de la cadena de bloques desempeñará un papel cada vez más importante en la futura economía digital, y la nueva generación de protocolos de consenso proporcionará una base sólida para el desarrollo de esta tecnología.
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MetaverseVagrant
· 07-18 02:01
¿Otra vez se está intensificando el rendimiento?
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AirdropChaser
· 07-17 09:11
¿Mejorar el rendimiento 1000 veces? ¿Otra vez presumiendo?
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fork_in_the_road
· 07-17 07:48
¿Quién entiende esto?
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GateUser-3824aa38
· 07-15 05:57
¡El comercio de criptomonedas depende de la eficiencia del consenso!
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DefiEngineerJack
· 07-15 05:53
*suspiro* otro 'avance' que aún no puede superar a los rollups L2 optimizados correctamente...
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AlwaysMissingTops
· 07-15 05:45
Otra vez jugando con esta trampa, es un esfuerzo inútil.
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Layer3Dreamer
· 07-15 05:45
teóricamente hablando, la naturaleza recursiva de las transiciones de estado de 2PAC es pura genialidad...
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LiquidatorFlash
· 07-15 05:43
Demasiado peligroso, ¿todavía te atreves a jugar así con un aumento del 80% en tps?
El nuevo protocolo de consenso BFT asíncrono impulsa la superación del rendimiento de la cadena de bloques.
Últimos avances y aplicaciones del protocolo de consenso de la cadena de bloques
La tecnología de cadena de bloques, como una tecnología de libro mayor distribuido descentralizado, asegura la integridad y consistencia de los datos a través de mecanismos de consenso. El mecanismo de consenso es el núcleo del sistema de cadena de bloques, y su rendimiento afecta directamente la escalabilidad y seguridad de la cadena de bloques. El mecanismo de consenso de tolerancia a fallos bizantinos asíncronos (BFT) tiene ventajas únicas para enfrentar la latencia de la red y la falla de nodos parciales, por lo que se ha convertido en un foco de investigación.
Este artículo explora el estado actual del desarrollo de los protocolos de consenso de la cadena de bloques, centrándose en los últimos avances del protocolo de replicación de máquinas de estado tolerantes a fallos bizantinos asíncronos (BFT SMR). El protocolo asíncrono más rápido en la actualidad es el sMVBA, con una latencia esperada de 10δ. El artículo también presenta dos nuevos diseños de protocolo, a saber, 2PAC (consenso asíncrono en 2 fases) y bloques de tuberías ultrarrápidas, que muestran mejoras significativas en términos de rendimiento y latencia.
Modelos y definiciones
En el modelo BFT asíncrono, el sistema está compuesto por n = 3f + 1 procesos, donde f procesos pueden ser maliciosamente comprometidos por adversarios. Estos procesos se comunican entre sí a través de canales asíncronos, y el retraso en la entrega de mensajes es controlado por los adversarios. Cada proceso posee un par de claves públicas y privadas para firmar y verificar, asegurando la autenticidad e integridad de los mensajes.
Cadena de bloques Consenso
El protocolo de consenso de la cadena de bloques tiene como objetivo lograr que todos los nodos honestos lleguen a un acuerdo sobre el estado de la cadena de bloques. Específicamente, cada nodo recibe constantemente nuevas transacciones y las empaqueta en bloques, asegurando a través del protocolo de consenso que estos bloques se acuerden en todos los nodos honestos. El protocolo de consenso de la cadena de bloques debe cumplir con los siguientes requisitos básicos:
Desafíos del protocolo de consenso asíncrono actual
El protocolo de consenso asíncrono actual enfrenta diversos desafíos, incluidos posibles daños a la consistencia y la vitalidad. Por ejemplo, la falta de verificación de la autenticación puede dar lugar a ataques, el uso de estrategias de mejora puede obstaculizar la vitalidad, y relajar la definición de autenticación del líder puede provocar ataques de consistencia, entre otros. Aunque algunos protocolos han introducido nuevos mecanismos, como la ejecución paralela de múltiples instancias, todavía no han logrado resolver completamente estos problemas.
Nuevo diseño de protocolo: 2PAC (Consenso asíncrono en 2 fases)
Basado en el análisis de los protocolos existentes, los investigadores propusieron el protocolo 2PAC. Este protocolo mejora significativamente el rendimiento al simplificar y optimizar el proceso de consenso. En concreto, incluye dos variantes:
2PAClean：
2PACBIG：
Super rápida línea de bloques
Los investigadores han propuesto un nuevo diseño de bloque en pipeline que reduce significativamente la latencia de los bloques en pipeline. Al introducir un mecanismo de ruta rápida, el tiempo de decisión de los bloques en pipeline es incluso menor que el de los bloques no en pipeline bajo un programador justo. Este mecanismo garantiza la latencia de la ruta rápida en todas las ejecuciones y no se ve afectado por el comportamiento de procesos con fallos.
Resultados cuantitativos
A través del análisis teórico y pruebas prácticas, la latencia esperada de 2PAClean en el peor de los casos es de 9.5δ, mientras que en el mejor de los casos (sin fallos y con un programador semiferaz) es de 6δ. En comparación, la latencia esperada de sMVBA es de 10δ, siendo de 6δ en el mejor de los casos. Por lo tanto, 2PAClean reduce la latencia del peor de los casos en 0.5δ, manteniendo la misma latencia en el mejor de los casos. Además, el rendimiento de 2PAClean mejora entre un 80% y un 100% en comparación con la cadena sMVBA, principalmente debido a que el nuevo diseño evita el descarte innecesario de bloques y los costos de cálculo.
2PACBIG como un protocolo con una complejidad de mensaje de O(n³), tiene un tiempo de ejecución de MVBA de 4δ, que es más rápido que todos los protocolos existentes. Además, el diseño de bloques en tubería ultrarrápido permite que s2PAClean y s2PACBIG logren un tiempo de decisión de bloques en tubería de 4δ y 3δ respectivamente, mejorando aún más el rendimiento del protocolo.
Evaluación de cálculo
Para verificar el rendimiento del nuevo protocolo, los investigadores realizaron una amplia evaluación computacional. Los resultados mostraron que 2PAClean y 2PACBIG demostraron un rendimiento excepcional en diversas condiciones de red, especialmente en entornos de alta latencia y alta tasa de fallos. Específicamente, 2PAClean logró un buen equilibrio entre la latencia de mensajería y la complejidad computacional, mientras que 2PACBIG logró una menor latencia a través de la paralelización y la optimización del proceso de votación.
Direcciones de investigación futura
Con el continuo desarrollo de la tecnología de cadena de bloques, el protocolo de consenso BFT asíncrono desempeñará un papel cada vez más importante en la garantía de la seguridad y la mejora del rendimiento. La investigación futura puede explorar aún más las siguientes direcciones:
A través de la investigación y optimización continuas, tenemos razones para creer que la tecnología de la cadena de bloques desempeñará un papel cada vez más importante en la futura economía digital, y la nueva generación de protocolos de consenso proporcionará una base sólida para el desarrollo de esta tecnología.