2PAC與超快速流水線:提升區塊鏈共識性能的突破性方案

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區塊鏈共識協議的最新進展與應用

區塊鏈技術作爲一種去中心化的分布式帳本技術,通過共識機制確保數據的完整性和一致性。共識機制是區塊鏈系統的核心,其性能直接影響區塊鏈的可擴展性和安全性。異步拜佔庭容錯(BFT)共識機制在應對網路延遲和部分節點失效方面具有獨特優勢,因此成爲研究的重點。

本文探討了區塊鏈共識協議的發展現狀,重點分析了異步拜佔庭容錯狀態機復制(BFT SMR)協議的最新進展。目前,sMVBA成爲最快的異步MVBA協議,預期延遲爲10δ。文章還提出了兩種新的協議設計,即2PAC(2階段異步共識)和超快速流水線區塊,展現了在吞吐量和延遲方面的顯著改進。

行業研究報告:區塊鏈共識協議的最新進展與應用--幣界網深度報道

模型與定義

在異步BFT模型中,系統由n = 3f + 1個進程組成,其中f個進程可能被對手惡意破壞。這些進程通過異步通道相互通信,消息的傳遞延遲由對手控制。每個進程擁有一對公私鑰用於籤名和驗證,確保消息的真實性和完整性。

區塊鏈共識

區塊鏈共識協議旨在使所有誠實節點就區塊鏈的狀態達成一致。每個節點不斷接收新的交易,並將其打包成區塊,通過共識協議確保這些區塊在所有誠實節點上達成一致。區塊鏈共識協議需要滿足以下幾個基本要求:

  • 活性:在無限執行中,存在一條無限長的已決定區塊鏈。
  • 一致性:如果存在兩條已決定區塊鏈,則其中一條必須是另一條的前綴。
  • P質量:在已決定區塊鏈中,由誠實節點輸入的交易佔比至少爲p。

當前異步共識協議的挑戰

當前較快的異步共識協議存在多種攻擊方式,可能破壞其一致性和活性。例如,缺乏檢查認證導致的攻擊,利用提升策略阻礙活性的攻擊,以及放寬領導者認證定義導致的一致性攻擊等。盡管引入了一些新機制,如多平行實例並行運行,但仍未能完全解決這些問題。

新協議設計:2PAC(2階段異步共識)

基於對現有協議的分析,研究者提出了2PAC協議。該協議通過簡化和優化共識過程,顯著提高了性能。具體包括兩個變種:

  1. 2PAClean:

    • 實現了+90%的吞吐量和9.5δ的預期延遲,消息復雜度爲O(n²)。
    • 通過消除不必要的交互和計算開銷,提高了協議的效率。
  2. 2PACBIG:

    • 是目前消息復雜度爲O(n³)的最快區塊鏈共識協議。
    • 無故障的單次MVBA運行時間爲4δ,極大地降低了延遲。

超快速流水線區塊

研究者提出了一種新的流水線區塊設計,顯著減少了流水線區塊的延遲。通過引入快速路徑機制,在公平調度器下,流水線區塊的決策時間甚至比非流水線區塊還要小。該機制在所有執行中都能保證快速路徑的延遲,並且不受故障進程的行爲影響。

量化結果

通過理論分析和實際測試,2PAClean在最壞情況下的預期延遲爲9.5δ,而在良好情況下(無故障且調度器半公平)則爲6δ。相比之下,sMVBA的預期延遲爲10δ,良好情況下爲6δ。2PAClean在保持相同良好情況延遲的前提下,將最壞情況延遲減少了0.5δ。此外,2PAClean的吞吐量相比鏈式sMVBA提高了80%至100%,主要歸因於新設計中避免了不必要的區塊丟棄和計算開銷。

2PACBIG作爲消息復雜度爲O(n³)的協議,其單次MVBA運行時間爲4δ,比現有的所有協議都更快。此外,超快速流水線區塊設計使得s2PAClean和s2PACBIG分別實現了4δ和3δ的流水線區塊決策時間,進一步提升了協議的性能。

計算評估

爲驗證新協議的性能,研究者進行了廣泛的計算評估。結果顯示,2PAClean和2PACBIG在各種網路條件下都表現出優異的性能,特別是在高延遲和高故障率的環境中。2PAClean在消息傳遞延遲和計算復雜度之間實現了良好的平衡,而2PACBIG則通過並行化和優化投票過程,實現了更低的延遲。

隨着區塊鏈技術的不斷發展,異步BFT共識協議將在保障安全性和提高性能方面發揮越來越重要的作用。2PAC和超快速流水線區塊的設計展示了未來區塊鏈共識協議的發展方向,即通過簡化協議結構和優化共識過程,實現更高的吞吐量和更低的延遲。

未來研究方向

  1. 協議優化:進一步簡化和優化協議結構,減少不必要的消息傳遞和計算開銷。
  2. 安全性分析:深入分析新協議在各種攻擊場景下的安全性,確保其在實際應用中的可靠性。
  3. 實際應用:將新協議應用於實際的區塊鏈系統中,驗證其在真實網路環境中的性能。

本文詳細分析了當前異步區塊鏈共識協議的優缺點,並提出了兩種新的協議設計,即2PAC和超快速流水線區塊。新設計在提高吞吐量和減少延遲方面表現出顯著優勢,爲未來的區塊鏈技術發展提供了重要參考。這些新協議不僅在理論上證明了其優越性,還在實際測試中展示了卓越的性能,爲實現高效、安全的區塊鏈共識協議提供了新的思路。

通過不斷的研究和優化,區塊鏈技術將在未來的數字經濟中發揮更加重要的作用,而新一代的共識協議將爲這一技術的發展提供堅實的基礎。

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TooScaredToSellvip
· 07-05 04:45
好的 不亏 牛啊
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薛定谔的老鼠仓vip
· 07-05 04:44
协议再快也别割韭菜
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终于从矿工变农民vip
· 07-05 04:43
技术太硬了顶不住了
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无聊饭团vip
· 07-05 04:34
贵的贵贱的贱 玩啥都行
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PanicSeller69vip
· 07-05 04:29
行业毒奶,搞反向思维
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