Derniers progrès et applications du protocole de consensus Blockchain
La technologie Blockchain, en tant que technologie de registre distribué décentralisé, garantit l'intégrité et la cohérence des données grâce à un mécanisme de consensus. Le mécanisme de consensus est au cœur des systèmes Blockchain, et ses performances influencent directement l'évolutivité et la sécurité de la Blockchain. Le mécanisme de consensus de tolérance aux pannes byzantines asynchrone (BFT) présente des avantages uniques pour faire face aux retards réseau et à la défaillance partielle des nœuds, ce qui en fait un sujet de recherche clé.
Cet article explore l'état actuel du développement des protocoles de consensus Blockchain, en mettant l'accent sur les dernières avancées du protocole de Réplication d'États Tolérants aux Pannes Byzantines Asynchrones (BFT SMR). Le protocole asynchrone le plus rapide actuellement est le sMVBA, avec un délai prévu de 10δ. L'article propose également deux nouvelles conceptions de protocole, à savoir 2PAC (Consensus asynchrone en 2 étapes) et le bloc de pipeline ultra rapide, montrant des améliorations significatives en termes de débit et de latence.
Modèles et définitions
Dans le modèle BFT asynchrone, le système est composé de n = 3f + 1 processus, où f processus peuvent être malicieusement compromis par un adversaire. Ces processus communiquent entre eux via des canaux asynchrones, le délai de transmission des messages étant contrôlé par l'adversaire. Chaque processus possède une paire de clés publiques et privées pour la signature et la vérification, garantissant l'authenticité et l'intégrité des messages.
Blockchain Consensus
Le protocole de consensus Blockchain vise à permettre à tous les nœuds honnêtes de parvenir à un accord sur l'état de la Blockchain. Plus précisément, chaque nœud reçoit en continu de nouvelles transactions et les regroupe en blocs, en s'assurant que ces blocs parviennent à un consensus sur tous les nœuds honnêtes grâce au protocole de consensus. Le protocole de consensus Blockchain doit répondre aux exigences fondamentales suivantes :
Activité (Liveness) : Dans une exécution infinie, il existe une blockchain décidée de longueur infinie.
Cohérence (Consistency) : Si deux chaînes de blocs décidées existent, l'une d'entre elles doit être un préfixe de l'autre.
P-Quality (Qualité P) : Dans une blockchain décidée, la proportion de transactions saisies par des nœuds honnêtes doit être d'au moins p.
Défis actuels du protocole de consensus asynchrone
Le protocole de consensus asynchrone actuel fait face à de nombreux défis, y compris des menaces potentielles à la cohérence et à l'activité. Par exemple, le manque de vérification des certifications peut conduire à des attaques, l'exploitation des stratégies de promotion peut entraver l'activité, et l'assouplissement de la définition de la certification des leaders peut entraîner des attaques de cohérence, etc. Bien que certains protocoles aient introduit de nouveaux mécanismes, tels que l'exécution parallèle de plusieurs instances, ils n'ont toujours pas résolu complètement ces problèmes.
Nouveau protocole de conception : 2PAC (Consensus asynchrone en 2 phases)
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 +90% de débit et un délai prévu de 9.5δ, la complexité des messages est O(n²).
En éliminant les interactions et les coûts de calcul inutiles, l'efficacité du protocole a été améliorée.
2PACBIG :
C'est le protocole de consensus Blockchain le plus rapide avec une complexité de message de O(n³).
Le temps d'exécution unique de MVBA sans faute est de 4δ, réduisant considérablement la latence.
Super pipeline Bloc ultra-rapide
Les chercheurs ont proposé un nouveau design de bloc en pipeline qui réduit considérablement la latence des blocs en pipeline. En introduisant un mécanisme de chemin rapide, sous un ordonnanceur équitable, le temps de décision des blocs en pipeline est même inférieur à celui des blocs non pipelinés. Ce mécanisme garantit la latence du chemin rapide dans toutes les exécutions et n'est pas affecté par le comportement des processus en panne.
Résultats quantitatifs
À travers l'analyse théorique et les tests pratiques, le 2PAClean a un délai d'attente prévu de 9.5δ dans le pire des cas, tandis que dans le meilleur des cas (sans pannes et avec un ordonnanceur semi-équitable), il est de 6δ. En comparaison, le sMVBA a un délai d'attente prévu de 10δ, et dans le meilleur des cas, il est de 6δ. Ainsi, le 2PAClean réduit le délai d'attente dans le pire des cas de 0.5δ tout en maintenant le même délai d'attente dans le meilleur des cas. De plus, le débit du 2PAClean a augmenté de 80 % à 100 % par rapport au sMVBA en chaîne, principalement en raison de l'évitement des abandons de blocs inutiles et des frais de calcul dans la nouvelle conception.
2PACBIG en tant que protocole avec une complexité de message de O(n³), son temps d'exécution MVBA unique est 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 un temps de décision de bloc en pipeline de 4δ et 3δ, améliorant encore les performances du protocole.
Évaluation des calculs
Pour vérifier les performances du nouveau protocole, les chercheurs ont réalisé une vaste évaluation computationnelle. Les résultats montrent que 2PAClean et 2PACBIG offrent d'excellentes performances dans diverses conditions réseau, notamment dans des environnements à haute latence et à taux de défaillance élevé. Plus précisément, 2PAClean atteint un bon équilibre entre la latence des messages et la complexité de calcul, tandis que 2PACBIG obtient une latence plus faible grâce à la parallélisation et à l'optimisation du processus de vote.
Directions de recherche futures
Avec le développement continu de la technologie Blockchain, le protocole de consensus BFT asynchrone jouera un rôle de plus en plus important dans l'assurance de la sécurité et l'amélioration des performances. Les recherches futures peuvent explorer plusieurs directions suivantes :
protocole optimisé : simplifier et optimiser davantage la structure du protocole, réduire les transmissions de messages et les 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 pratique : appliquer le nouveau protocole à des systèmes Blockchain réels pour vérifier ses performances dans un environnement réseau réel.
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 protocole de Consensus fournira une base solide pour le développement de cette technologie.
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MetaverseVagrant
· 07-18 02:01
On recommence à pousser les performances, n'est-ce pas ?
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AirdropChaser
· 07-17 09:11
Améliorer le débit de k fois, n'est-ce pas ? Encore en train de parler comme un bull.
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fork_in_the_road
· 07-17 07:48
Qui peut comprendre ça ?
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GateUser-3824aa38
· 07-15 05:57
Trading des cryptomonnaies doit se baser sur l'efficacité du consensus!
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DefiEngineerJack
· 07-15 05:53
*soupir* encore une 'percée' qui ne peut toujours pas rivaliser avec des rollups L2 correctement optimisés...
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AlwaysMissingTops
· 07-15 05:45
Encore en train de jouer à ce piège, c'est un effort sans récompense.
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Layer3Dreamer
· 07-15 05:45
théoriquement parlant, la nature récursive des transitions d'état de 2PAC est d'un pur génie...
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LiquidatorFlash
· 07-15 05:43
C'est trop dangereux, TPS augmenté de 80%, oser jouer comme ça.
Le nouveau protocole de consensus BFT asynchrone propulse la performance de la Blockchain.
Derniers progrès et applications du protocole de consensus Blockchain
La technologie Blockchain, en tant que technologie de registre distribué décentralisé, garantit l'intégrité et la cohérence des données grâce à un mécanisme de consensus. Le mécanisme de consensus est au cœur des systèmes Blockchain, et ses performances influencent directement l'évolutivité et la sécurité de la Blockchain. Le mécanisme de consensus de tolérance aux pannes byzantines asynchrone (BFT) présente des avantages uniques pour faire face aux retards réseau et à la défaillance partielle des nœuds, ce qui en fait un sujet de recherche clé.
Cet article explore l'état actuel du développement des protocoles de consensus Blockchain, en mettant l'accent sur les dernières avancées du protocole de Réplication d'États Tolérants aux Pannes Byzantines Asynchrones (BFT SMR). Le protocole asynchrone le plus rapide actuellement est le sMVBA, avec un délai prévu de 10δ. L'article propose également deux nouvelles conceptions de protocole, à savoir 2PAC (Consensus asynchrone en 2 étapes) et le bloc de pipeline ultra rapide, montrant des améliorations significatives en termes de débit et de latence.
Modèles et définitions
Dans le modèle BFT asynchrone, le système est composé de n = 3f + 1 processus, où f processus peuvent être malicieusement compromis par un adversaire. Ces processus communiquent entre eux via des canaux asynchrones, le délai de transmission des messages étant contrôlé par l'adversaire. Chaque processus possède une paire de clés publiques et privées pour la signature et la vérification, garantissant l'authenticité et l'intégrité des messages.
Blockchain Consensus
Le protocole de consensus Blockchain vise à permettre à tous les nœuds honnêtes de parvenir à un accord sur l'état de la Blockchain. Plus précisément, chaque nœud reçoit en continu de nouvelles transactions et les regroupe en blocs, en s'assurant que ces blocs parviennent à un consensus sur tous les nœuds honnêtes grâce au protocole de consensus. Le protocole de consensus Blockchain doit répondre aux exigences fondamentales suivantes :
Défis actuels du protocole de consensus asynchrone
Le protocole de consensus asynchrone actuel fait face à de nombreux défis, y compris des menaces potentielles à la cohérence et à l'activité. Par exemple, le manque de vérification des certifications peut conduire à des attaques, l'exploitation des stratégies de promotion peut entraver l'activité, et l'assouplissement de la définition de la certification des leaders peut entraîner des attaques de cohérence, etc. Bien que certains protocoles aient introduit de nouveaux mécanismes, tels que l'exécution parallèle de plusieurs instances, ils n'ont toujours pas résolu complètement ces problèmes.
Nouveau protocole de conception : 2PAC (Consensus asynchrone en 2 phases)
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 :
Super pipeline Bloc ultra-rapide
Les chercheurs ont proposé un nouveau design de bloc en pipeline qui réduit considérablement la latence des blocs en pipeline. En introduisant un mécanisme de chemin rapide, sous un ordonnanceur équitable, le temps de décision des blocs en pipeline est même inférieur à celui des blocs non pipelinés. Ce mécanisme garantit la latence du chemin rapide dans toutes les exécutions et n'est pas affecté par le comportement des processus en panne.
Résultats quantitatifs
À travers l'analyse théorique et les tests pratiques, le 2PAClean a un délai d'attente prévu de 9.5δ dans le pire des cas, tandis que dans le meilleur des cas (sans pannes et avec un ordonnanceur semi-équitable), il est de 6δ. En comparaison, le sMVBA a un délai d'attente prévu de 10δ, et dans le meilleur des cas, il est de 6δ. Ainsi, le 2PAClean réduit le délai d'attente dans le pire des cas de 0.5δ tout en maintenant le même délai d'attente dans le meilleur des cas. De plus, le débit du 2PAClean a augmenté de 80 % à 100 % par rapport au sMVBA en chaîne, principalement en raison de l'évitement des abandons de blocs inutiles et des frais de calcul dans la nouvelle conception.
2PACBIG en tant que protocole avec une complexité de message de O(n³), son temps d'exécution MVBA unique est 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 un temps de décision de bloc en pipeline de 4δ et 3δ, améliorant encore les performances du protocole.
Évaluation des calculs
Pour vérifier les performances du nouveau protocole, les chercheurs ont réalisé une vaste évaluation computationnelle. Les résultats montrent que 2PAClean et 2PACBIG offrent d'excellentes performances dans diverses conditions réseau, notamment dans des environnements à haute latence et à taux de défaillance élevé. Plus précisément, 2PAClean atteint un bon équilibre entre la latence des messages et la complexité de calcul, tandis que 2PACBIG obtient une latence plus faible grâce à la parallélisation et à l'optimisation du processus de vote.
Directions de recherche futures
Avec le développement continu de la technologie Blockchain, le protocole de consensus BFT asynchrone jouera un rôle de plus en plus important dans l'assurance de la sécurité et l'amélioration des performances. Les recherches futures peuvent explorer plusieurs directions suivantes :
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 protocole de Consensus fournira une base solide pour le développement de cette technologie.