Últimos avanços e aplicações do protocolo de consenso Blockchain

A tecnologia Blockchain, como o núcleo de um livro-razão descentralizado e distribuído, tem seu mecanismo de Consenso que afeta diretamente a escalabilidade e a segurança do sistema. Este artigo foca nos últimos avanços do protocolo de Máquinas de Estado Tolerantes a Falhas Bizantinas Assíncronas (BFT SMR), analisa os desafios enfrentados pelos protocolos atuais e apresenta dois novos designs de protocolo.

Visão Geral do Protocolo de Consenso Assíncrono Atual

Atualmente, o sMVBA é o protocolo MVBA assíncrono mais rápido, com uma latência esperada de 10δ. O protocolo VABA de 2-chain, que antes era considerado o mais rápido (com uma latência esperada de 9.5δ), não conseguiu alcançar o desempenho que reivindicava devido a várias vulnerabilidades de segurança. Essas vulnerabilidades incluem a falta de verificações de autenticação, o impacto de estratégias de elevação na atividade e problemas de consistência decorrentes da definição relaxada de autenticação do líder.

Novo design de protocolo: 2PAC (Consenso assíncrono em 2 fases)

Para resolver os problemas do protocolo existente, os pesquisadores propuseram o protocolo 2PAC, que inclui duas variantes:

1. 2PAClean：

   • Aumento da taxa de transferência em 90%, atraso previsto de 9.5δ
   • Complexidade da mensagem O(n²)
   • Aumentar a eficiência através da otimização do processo de consenso

2. 2PACBIG：

   • O protocolo de consenso da blockchain com a complexidade de mensagens mais rápida O(n³)
   • O tempo de execução única do MVBA em condições sem falhas é de apenas 4δ

Super rápida linha de Blocos

Os pesquisadores também propuseram um novo design de bloco em pipeline, reduzindo significativamente a latência de decisão. Este mecanismo introduz um caminho rápido, permitindo que, sob um escalonador justo, o tempo de decisão dos blocos em pipeline possa ser mais curto do que o dos blocos não em pipeline. Este design garante a latência do caminho rápido em diversos ambientes de execução, sem ser afetado por processos com falha.

Avaliação de Desempenho

A análise teórica e os testes práticos demonstram:

• 2PAClean: A pior expectativa de atraso é de 9.5δ, a melhor situação é de 6δ
• sMVBA: atraso esperado de 10δ, situação boa 6δ
• 2PAClean tem uma taxa de transferência 80%-100% superior à sMVBA em cadeia
• O tempo de execução única do 2PACBIG MVBA é de 4δ, superior a todos os protocolos existentes
• O tempo de decisão do bloco da linha de produção s2PAClean e s2PACBIG é de 4δ e 3δ, respetivamente.

A avaliação de cálculo mostra que 2PAClean e 2PACBIG apresentam um desempenho excecional em várias condições de rede, especialmente em ambientes de alta latência e alta taxa de falhas. O 2PAClean alcança um equilíbrio entre a latência de mensagens e a complexidade computacional, enquanto o 2PACBIG consegue uma latência mais baixa através da paralelização e otimização do processo de votação.

Direções de pesquisa futuras

1. Protocolo otimizado ainda mais, reduzindo a sobrecarga de transmissão de mensagens e cálculos.
2. Análise aprofundada da segurança do novo protocolo em vários cenários de ataque
3. Aplicar o novo protocolo a sistemas de Blockchain reais, verificando o desempenho em ambientes de rede reais

Com o aprofundamento da pesquisa, a nova geração de protocolos de consenso proporcionará uma base mais sólida para a aplicação da tecnologia blockchain na economia digital. Essas inovações não apenas comprovam a superioridade em termos teóricos, mas também demonstram um desempenho excecional em testes práticos, abrindo novos caminhos para protocolos de consenso blockchain eficientes e seguros.