# ブロックチェーンコンセンサスプロトコルの最新の進展と応用ブロックチェーン技術は、分散型の分散台帳技術として、コンセンサス機構を通じてデータの完全性と一貫性を確保します。コンセンサス機構はブロックチェーンシステムの核心であり、その性能はブロックチェーンのスケーラビリティとセキュリティに直接影響します。非同期ビザンチンフォールトトレランス（BFT）コンセンサス機構は、ネットワーク遅延や部分的なノード障害に対処する上で独自の利点を持っているため、研究の重点となっています。本稿では、ブロックチェーンのコンセンサスプロトコルの発展状況について考察し、非同期バイザンティン耐障害状態機械複製（BFT SMR）プロトコルの最新の進展を重点的に分析します。現在最も速い非同期プロトコルはsMVBAで、期待遅延は10δです。記事では、2つの新しいプロトコル設計、すなわち2PAC（2段階非同期コンセンサス）と超高速パイプラインブロックを提案し、スループットと遅延の面での顕著な改善を示しています。! [業界調査レポート:ブロックチェーンコンセンサスプロトコルの最新の進歩と応用](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-4610d324100d148ad62952ca490d119c)## モデルと定義非同期BFTモデルでは、システムはn = 3f + 1のプロセスで構成されており、その中のf個のプロセスは敵によって悪意を持って破壊される可能性があります。これらのプロセスは非同期チャネルを介して相互に通信し、メッセージの伝達遅延は敵によって制御されます。各プロセスは署名と検証のための公私鍵のペアを持ち、メッセージの真実性と完全性を保証します。## ブロックチェーンコンセンサスブロックチェーンコンセンサスプロトコルは、すべての誠実なノードがブロックチェーンの状態で合意に達することを目的としています。具体的には、各ノードは新しい取引を継続的に受信し、それをブロックにパッケージ化し、コンセンサスプロトコルを通じてこれらのブロックがすべての誠実なノードで合意に達することを保証します。ブロックチェーンコンセンサスプロトコルは、以下のいくつかの基本的な要件を満たす必要があります：- 活性（Liveness）：無限の実行中に、決定された無限長のブロックチェーンが存在する。- 一貫性（Consistency）：もし2つの決定されたブロックチェーンが存在する場合、そのうちの1つはもう1つのプレフィックスでなければならない。- P品質（P-Quality）：決定されたブロックチェーンにおいて、誠実なノードによって入力された取引の割合が少なくともpであること。## 現在の非同期コンセンサスプロトコルの課題現在の非同期コンセンサスプロトコルは、一貫性や活性の潜在的な破壊を含む多くの課題に直面しています。例えば、検証認証の欠如は攻撃を引き起こす可能性があり、改善戦略の利用は活性を妨げる可能性があり、リーダーの認証定義を緩和すると一貫性攻撃を引き起こす可能性があります。いくつかのプロトコルは、複数の並行インスタンスを同時に実行するなどの新しいメカニズムを導入していますが、これらの問題を完全に解決するには至っていません。## 新プロトコル設計：2PAC（2段階非同期コンセンサス）既存のプロトコルの分析に基づいて、研究者は2PACプロトコルを提案しました。このプロトコルは、コンセンサスプロセスを簡素化し最適化することによって、性能を大幅に向上させました。具体的には、2つのバリエーションが含まれています：1. 2PACleanの: - +90%のスループットと9.5δの期待遅延を実現し、メッセージの複雑度はO(n²)です。 - 不要なインタラクションと計算オーバーヘッドを排除することで、プロトコルの効率が向上しました。2. 2パックビッグ: - 現在のメッセージの複雑度がO(n³)の最速のブロックチェーンコンセンサスプロトコルです。 - 障害のない単一MVBAの実行時間は4δで、遅延を大幅に削減しました。## 超高速ラインブロック研究者は新しいパイプラインブロック設計を提案し、パイプラインブロックの遅延を大幅に削減しました。迅速なパス機構を導入することで、公平スケジューラの下で、パイプラインブロックの意思決定時間は非パイプラインブロックよりも短くなります。この機構はすべての実行において迅速なパスの遅延を保証し、障害プロセスの動作の影響を受けません。## 結果を定量化する理論分析と実際のテストを通じて、2PACleanの最悪のケースでの期待遅延は9.5δであり、良好なケース（障害なし、スケジューラが半公平な場合）では6δです。それに対して、sMVBAの期待遅延は10δであり、良好なケースでは6δです。したがって、2PACleanは同じ良好なケースの遅延を維持しながら、最悪のケースの遅延を0.5δ削減しました。さらに、2PACleanのスループットは、チェーン型sMVBAと比較して80%から100%向上しており、これは新しい設計で不必要なブロックの廃棄と計算オーバーヘッドを回避していることに主に起因しています。2PACBIGは、メッセージの複雑度がO(n³)のプロトコルであり、単回のMVBA実行時間は4δで、既存のすべてのプロトコルよりも速いです。さらに、超高速パイプラインブロック設計により、s2PACleanとs2PACBIGはそれぞれ4δと3δのパイプラインブロック決定時間を実現し、プロトコルのパフォーマンスをさらに向上させました。## 評価を計算する新しいプロトコルの性能を検証するために、研究者たちは広範な計算評価を行いました。結果は、2PACleanと2PACBIGがさまざまなネットワーク条件下で優れた性能を示し、特に高遅延および高故障率の環境において顕著でした。具体的には、2PACleanはメッセージ伝達遅延と計算の複雑さの間で良好なバランスを実現し、2PACBIGは並列化と投票プロセスの最適化を通じて、より低い遅延を実現しました。! [業界調査レポート:ブロックチェーンコンセンサスプロトコルの最新の進歩と応用](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-3843cbecc561fa8bc9d1b870e8808d34)## 今後の研究の方向性ブロックチェーン技術の不断の発展に伴い、非同期BFTコンセンサスプロトコルは安全性を保障し、性能を向上させる上でますます重要な役割を果たすでしょう。今後の研究は以下のいくつかの方向性をさらに探求することができます：1. プロトコルの最適化：プロトコルの構造をさらに簡素化・最適化し、不必要なメッセージの伝達や計算コストを削減します。2. セキュリティ分析：新しいプロトコルがさまざまな攻撃シナリオにおけるセキュリティを深く分析し、実際のアプリケーションにおける信頼性を確保します。3. 実際の応用：新しいプロトコルを実際のブロックチェーンシステムに適用し、リアルなネットワーク環境での性能を検証する。継続的な研究と最適化を通じて、私たちはブロックチェーン技術が将来のデジタル経済においてより重要な役割を果たすと信じる理由があります。そして、新しい世代のコンセンサスプロトコルがこの技術の発展に確固たる基盤を提供するでしょう。
新型非同期BFTコンセンサスプロトコルがブロックチェーンの性能突破を推進
ブロックチェーンコンセンサスプロトコルの最新の進展と応用
ブロックチェーン技術は、分散型の分散台帳技術として、コンセンサス機構を通じてデータの完全性と一貫性を確保します。コンセンサス機構はブロックチェーンシステムの核心であり、その性能はブロックチェーンのスケーラビリティとセキュリティに直接影響します。非同期ビザンチンフォールトトレランス（BFT）コンセンサス機構は、ネットワーク遅延や部分的なノード障害に対処する上で独自の利点を持っているため、研究の重点となっています。
本稿では、ブロックチェーンのコンセンサスプロトコルの発展状況について考察し、非同期バイザンティン耐障害状態機械複製（BFT SMR）プロトコルの最新の進展を重点的に分析します。現在最も速い非同期プロトコルはsMVBAで、期待遅延は10δです。記事では、2つの新しいプロトコル設計、すなわち2PAC（2段階非同期コンセンサス）と超高速パイプラインブロックを提案し、スループットと遅延の面での顕著な改善を示しています。
! 業界調査レポート:ブロックチェーンコンセンサスプロトコルの最新の進歩と応用
モデルと定義
非同期BFTモデルでは、システムはn = 3f + 1のプロセスで構成されており、その中のf個のプロセスは敵によって悪意を持って破壊される可能性があります。これらのプロセスは非同期チャネルを介して相互に通信し、メッセージの伝達遅延は敵によって制御されます。各プロセスは署名と検証のための公私鍵のペアを持ち、メッセージの真実性と完全性を保証します。
ブロックチェーンコンセンサス
ブロックチェーンコンセンサスプロトコルは、すべての誠実なノードがブロックチェーンの状態で合意に達することを目的としています。具体的には、各ノードは新しい取引を継続的に受信し、それをブロックにパッケージ化し、コンセンサスプロトコルを通じてこれらのブロックがすべての誠実なノードで合意に達することを保証します。ブロックチェーンコンセンサスプロトコルは、以下のいくつかの基本的な要件を満たす必要があります：
現在の非同期コンセンサスプロトコルの課題
現在の非同期コンセンサスプロトコルは、一貫性や活性の潜在的な破壊を含む多くの課題に直面しています。例えば、検証認証の欠如は攻撃を引き起こす可能性があり、改善戦略の利用は活性を妨げる可能性があり、リーダーの認証定義を緩和すると一貫性攻撃を引き起こす可能性があります。いくつかのプロトコルは、複数の並行インスタンスを同時に実行するなどの新しいメカニズムを導入していますが、これらの問題を完全に解決するには至っていません。
新プロトコル設計：2PAC（2段階非同期コンセンサス）
既存のプロトコルの分析に基づいて、研究者は2PACプロトコルを提案しました。このプロトコルは、コンセンサスプロセスを簡素化し最適化することによって、性能を大幅に向上させました。具体的には、2つのバリエーションが含まれています：
2PACleanの:
2パックビッグ:
超高速ラインブロック
研究者は新しいパイプラインブロック設計を提案し、パイプラインブロックの遅延を大幅に削減しました。迅速なパス機構を導入することで、公平スケジューラの下で、パイプラインブロックの意思決定時間は非パイプラインブロックよりも短くなります。この機構はすべての実行において迅速なパスの遅延を保証し、障害プロセスの動作の影響を受けません。
結果を定量化する
理論分析と実際のテストを通じて、2PACleanの最悪のケースでの期待遅延は9.5δであり、良好なケース（障害なし、スケジューラが半公平な場合）では6δです。それに対して、sMVBAの期待遅延は10δであり、良好なケースでは6δです。したがって、2PACleanは同じ良好なケースの遅延を維持しながら、最悪のケースの遅延を0.5δ削減しました。さらに、2PACleanのスループットは、チェーン型sMVBAと比較して80%から100%向上しており、これは新しい設計で不必要なブロックの廃棄と計算オーバーヘッドを回避していることに主に起因しています。
2PACBIGは、メッセージの複雑度がO(n³)のプロトコルであり、単回のMVBA実行時間は4δで、既存のすべてのプロトコルよりも速いです。さらに、超高速パイプラインブロック設計により、s2PACleanとs2PACBIGはそれぞれ4δと3δのパイプラインブロック決定時間を実現し、プロトコルのパフォーマンスをさらに向上させました。
評価を計算する
新しいプロトコルの性能を検証するために、研究者たちは広範な計算評価を行いました。結果は、2PACleanと2PACBIGがさまざまなネットワーク条件下で優れた性能を示し、特に高遅延および高故障率の環境において顕著でした。具体的には、2PACleanはメッセージ伝達遅延と計算の複雑さの間で良好なバランスを実現し、2PACBIGは並列化と投票プロセスの最適化を通じて、より低い遅延を実現しました。
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今後の研究の方向性
ブロックチェーン技術の不断の発展に伴い、非同期BFTコンセンサスプロトコルは安全性を保障し、性能を向上させる上でますます重要な役割を果たすでしょう。今後の研究は以下のいくつかの方向性をさらに探求することができます：
継続的な研究と最適化を通じて、私たちはブロックチェーン技術が将来のデジタル経済においてより重要な役割を果たすと信じる理由があります。そして、新しい世代のコンセンサスプロトコルがこの技術の発展に確固たる基盤を提供するでしょう。