Derniers progrès et applications des protocoles de consensus Blockchain
Résumé du rapport
Ce rapport examine l'état actuel du développement des protocoles de consensus Blockchain, en mettant l'accent sur les dernières avancées du protocole de réplication d'état tolérant aux fautes byzantines asynchrones (BFT SMR). Le protocole asynchrone le plus rapide était à l'origine le 2-chain VABA, mais en raison de vulnérabilités, son retard prévu de 9,5δ n'a pas pu être réalisé. Par conséquent, le sMVBA est devenu le protocole MVBA asynchrone le plus rapide actuellement, avec un retard prévu de 10δ. Le rapport propose également deux nouvelles conceptions de protocoles, à savoir le 2PAC (consensus asynchrone en 2 étapes) et le bloc de pipeline ultra-rapide, qui montrent des améliorations significatives en termes de débit et de retard.
La technologie Blockchain, en tant que technologie de registre distribué décentralisé, assure 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 Byzantine Fault Tolerance (BFT) présente des avantages uniques dans la gestion des délais réseau et des défaillances de certains nœuds, ce qui en fait un sujet de recherche clé.
Modèles et définitions
Dans le modèle BFT asynchrone, le système est composé de n = 3f + 1 processus, où f processus peuvent être compromis de manière malveillante. Ces processus communiquent entre eux par des canaux asynchrones, et le retard de transmission des messages est 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 de la Blockchain vise à faire en sorte que tous les nœuds honnêtes parviennent à un accord sur l'état de la Blockchain. Plus précisément, chaque nœud reçoit en permanence 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 de la Blockchain doit répondre aux exigences fondamentales suivantes :
Activité : Dans une exécution infinie, il existe une blockchain décidée infiniment longue.
Cohérence : s'il existe deux chaînes de blocs décidées, l'une d'elles doit être un préfixe de l'autre.
Qualité P : Dans la 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 le plus rapide à ce jour était le 2-chain VABA, dont le délai prévu est de 9,5δ. Cependant, des recherches ont révélé que ce protocole présente plusieurs vecteurs d'attaque, compromettant sa cohérence et sa vivacité. Par exemple, des attaques résultant d'un manque de vérification de l'authentification, des attaques utilisant des stratégies d'élévation pour entraver la vivacité, et des attaques de cohérence dues à un assouplissement de la définition de l'authentification des leaders, etc. Bien que le 2-chain VABA ait introduit certains nouveaux mécanismes, comme l'exécution parallèle de plusieurs instances parallèles, il n'a pas encore réussi à résoudre complètement ces problèmes.
Nouveau protocole de conception : 2PAC (Consensus asynchrone en 2 étapes)
Sur la base de l'analyse des protocoles existants, l'étude a 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 plus de 90 % de débit et un délai prévu de 9,5 δ, la complexité des messages étant de O(n²).
En améliorant l'efficacité du protocole 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 d'un MVBA sans erreur est de 4δ, ce qui réduit considérablement la latence.
Pipeline Blockchain ultra-rapide
La recherche a proposé un nouveau design de bloc de pipeline, réduisant considérablement la latence des blocs de pipeline. En introduisant un mécanisme de chemin rapide, le temps de décision des blocs de pipeline est même inférieur à celui des blocs non pipeline sous un ordonnanceire équitable. Ce mécanisme garantit la latence du chemin rapide dans toutes les exécutions et n'est pas affecté par le comportement des processus défaillants.
Résultats quantitatifs
À travers une analyse théorique et des tests pratiques, le délai attendu de 2PAClean dans le pire des cas est de 9.5δ, tandis que dans le meilleur des cas (sans panne 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. Ainsi, 2PAClean a 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 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), a un temps d'exécution MVBA unique de 4δ, 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 blocs en pipeline de 4δ et 3δ, améliorant encore les performances du protocole.
Évaluation des calculs
Pour vérifier les performances du nouveau protocole, l'étude a effectué une évaluation computationnelle étendue. 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 défaillance élevé. Plus précisément, 2PAClean réalise un bon équilibre entre la latence de transmission des messages et la complexité computationnelle, tandis que 2PACBIG parvient à 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 asynchrone BFT 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 à pipeline ultra-rapide montre la direction future du développement des protocoles de consensus Blockchain, à savoir atteindre un débit plus élevé et une latence plus faible grâce à la simplification de la structure du protocole et à l'optimisation du processus de consensus.
Directions de recherche futures
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 frais 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 réelles.
Application réelle : appliquer le nouveau protocole dans des systèmes Blockchain réels, vérifier ses performances dans un environnement réseau réel.
Ce rapport analyse en détail les avantages et les inconvénients des protocoles de consensus de blockchain asynchrone actuels et propose deux nouvelles conceptions de protocole, à savoir 2PAC et bloc pipeline ultra-rapide. Les nouvelles conceptions montrent des avantages significatifs en termes d'augmentation du débit et de réduction de la latence, fournissant des références importantes pour le développement futur de la technologie blockchain. Ces nouveaux protocoles ont non seulement prouvé leur supériorité sur le plan théorique, mais ont également démontré des performances exceptionnelles lors de tests pratiques, offrant de nouvelles idées pour la réalisation de protocoles de consensus blockchain efficaces et sécurisés.
Grâce à des recherches et à des optimisations constantes, la technologie Blockchain devrait jouer un rôle de plus en plus important dans l'économie numérique de demain, tandis que la nouvelle génération de protocole de Consensus fournira une base solide pour le développement de cette technologie.
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DefiOldTrickster
· Il y a 8h
J'en ai assez de jouer à des choses comme l'Arbitrage, il faut aussi étudier la couche de Consensus, n'est-ce pas ? skr~
Voir l'originalRépondre0
LayerZeroHero
· Il y a 8h
Encore un groupe de fraude de données pour booster les indicateurs de performance.
Voir l'originalRépondre0
SelfRugger
· Il y a 8h
Une nouvelle journée pour le chien de vulnérabilité a commencé.
Voir l'originalRépondre0
HodlTheDoor
· Il y a 8h
Je ne peux plus suivre... ces mises à jour vont vraiment vite.
Percée du protocole 2PAC : nouvelle étape dans les performances de consensus de la Blockchain
Derniers progrès et applications des protocoles de consensus Blockchain
Résumé du rapport
Ce rapport examine l'état actuel du développement des protocoles de consensus Blockchain, en mettant l'accent sur les dernières avancées du protocole de réplication d'état tolérant aux fautes byzantines asynchrones (BFT SMR). Le protocole asynchrone le plus rapide était à l'origine le 2-chain VABA, mais en raison de vulnérabilités, son retard prévu de 9,5δ n'a pas pu être réalisé. Par conséquent, le sMVBA est devenu le protocole MVBA asynchrone le plus rapide actuellement, avec un retard prévu de 10δ. Le rapport propose également deux nouvelles conceptions de protocoles, à savoir le 2PAC (consensus asynchrone en 2 étapes) et le bloc de pipeline ultra-rapide, qui montrent des améliorations significatives en termes de débit et de retard.
La technologie Blockchain, en tant que technologie de registre distribué décentralisé, assure 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 Byzantine Fault Tolerance (BFT) présente des avantages uniques dans la gestion des délais réseau et des défaillances de certains nœuds, ce qui en fait un sujet de recherche clé.
Modèles et définitions
Dans le modèle BFT asynchrone, le système est composé de n = 3f + 1 processus, où f processus peuvent être compromis de manière malveillante. Ces processus communiquent entre eux par des canaux asynchrones, et le retard de transmission des messages est 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 de la Blockchain vise à faire en sorte que tous les nœuds honnêtes parviennent à un accord sur l'état de la Blockchain. Plus précisément, chaque nœud reçoit en permanence 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 de la Blockchain doit répondre aux exigences fondamentales suivantes :
Défis actuels du protocole de consensus asynchrone
Le protocole de consensus asynchrone le plus rapide à ce jour était le 2-chain VABA, dont le délai prévu est de 9,5δ. Cependant, des recherches ont révélé que ce protocole présente plusieurs vecteurs d'attaque, compromettant sa cohérence et sa vivacité. Par exemple, des attaques résultant d'un manque de vérification de l'authentification, des attaques utilisant des stratégies d'élévation pour entraver la vivacité, et des attaques de cohérence dues à un assouplissement de la définition de l'authentification des leaders, etc. Bien que le 2-chain VABA ait introduit certains nouveaux mécanismes, comme l'exécution parallèle de plusieurs instances parallèles, il n'a pas encore réussi à résoudre complètement ces problèmes.
Nouveau protocole de conception : 2PAC (Consensus asynchrone en 2 étapes)
Sur la base de l'analyse des protocoles existants, l'étude a 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 :
Pipeline Blockchain ultra-rapide
La recherche a proposé un nouveau design de bloc de pipeline, réduisant considérablement la latence des blocs de pipeline. En introduisant un mécanisme de chemin rapide, le temps de décision des blocs de pipeline est même inférieur à celui des blocs non pipeline sous un ordonnanceire équitable. Ce mécanisme garantit la latence du chemin rapide dans toutes les exécutions et n'est pas affecté par le comportement des processus défaillants.
Résultats quantitatifs
À travers une analyse théorique et des tests pratiques, le délai attendu de 2PAClean dans le pire des cas est de 9.5δ, tandis que dans le meilleur des cas (sans panne 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. Ainsi, 2PAClean a 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 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), a un temps d'exécution MVBA unique de 4δ, 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 blocs en pipeline de 4δ et 3δ, améliorant encore les performances du protocole.
Évaluation des calculs
Pour vérifier les performances du nouveau protocole, l'étude a effectué une évaluation computationnelle étendue. 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 défaillance élevé. Plus précisément, 2PAClean réalise un bon équilibre entre la latence de transmission des messages et la complexité computationnelle, tandis que 2PACBIG parvient à 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 asynchrone BFT 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 à pipeline ultra-rapide montre la direction future du développement des protocoles de consensus Blockchain, à savoir atteindre un débit plus élevé et une latence plus faible grâce à la simplification de la structure du protocole et à l'optimisation du processus de consensus.
Directions de recherche futures
Les recherches futures peuvent explorer plusieurs directions suivantes :
Ce rapport analyse en détail les avantages et les inconvénients des protocoles de consensus de blockchain asynchrone actuels et propose deux nouvelles conceptions de protocole, à savoir 2PAC et bloc pipeline ultra-rapide. Les nouvelles conceptions montrent des avantages significatifs en termes d'augmentation du débit et de réduction de la latence, fournissant des références importantes pour le développement futur de la technologie blockchain. Ces nouveaux protocoles ont non seulement prouvé leur supériorité sur le plan théorique, mais ont également démontré des performances exceptionnelles lors de tests pratiques, offrant de nouvelles idées pour la réalisation de protocoles de consensus blockchain efficaces et sécurisés.
Grâce à des recherches et à des optimisations constantes, la technologie Blockchain devrait jouer un rôle de plus en plus important dans l'économie numérique de demain, tandis que la nouvelle génération de protocole de Consensus fournira une base solide pour le développement de cette technologie.