Đột phá mới trong BFT bất đồng bộ: giao thức 2PAC nâng cao hiệu suất nhận thức chung của Blockchain

2025-07-01 12:54:58

Đang tạo bản tóm tắt

Những tiến triển và ứng dụng mới nhất của giao thức nhận thức chung Blockchain

Công nghệ Blockchain như một loại công nghệ sổ cái phân tán phi tập trung, cốt lõi của nó nằm ở cơ chế nhận thức chung. Cơ chế nhận thức chung ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng mở rộng và tính bảo mật của hệ thống blockchain. Bài viết này sẽ tập trung vào những phát triển mới nhất của cơ chế nhận thức chung Byzantine Fault Tolerance (BFT), đặc biệt là những lợi thế độc đáo trong việc ứng phó với độ trễ mạng và sự cố của một số nút.

Tóm tắt mô hình BFT bất đồng bộ

Trong mô hình BFT bất đồng bộ, hệ thống bao gồm 3f+1 tiến trình, trong đó f tiến trình có thể bị phá hoại ác ý. Các tiến trình giao tiếp qua kênh bất đồng bộ, độ trễ truyền tin do đối thủ kiểm soát. Mỗi tiến trình có cặp khóa công khai và riêng tư để ký và xác thực, đảm bảo tính xác thực và toàn vẹn của tin nhắn.

Các yêu cầu cơ bản của giao thức nhận thức chung Blockchain

Giao thức nhận thức chung Blockchain nhằm mục đích để tất cả các nút trung thực đạt được sự đồng thuận về trạng thái của khối. Các yêu cầu cơ bản bao gồm:

Hoạt tính: Trong việc thực hiện vô hạn, tồn tại một chuỗi khối đã quyết định dài vô hạn.
Tính nhất quán: Nếu tồn tại hai chuỗi Blockchain đã được quyết định, thì một trong số đó phải là tiền tố của chuỗi còn lại.
Chất lượng P: Trong blockchain đã được quyết định, tỷ lệ giao dịch do các nút trung thực nhập vào ít nhất là p.

Thách thức của giao thức nhận thức chung bất đồng bộ hiện tại

Hiện tại, giao thức đồng thuận không đồng bộ nhanh nhất được cho là 2-chain VABA, với độ trễ dự kiến là 9.5δ. Tuy nhiên, nghiên cứu đã phát hiện ra rằng giao thức này tồn tại nhiều phương thức tấn công, có thể phá hủy tính nhất quán và tính khả dụng của nó. Những cuộc tấn công này bao gồm việc khai thác thiếu sót trong kiểm tra xác thực, lạm dụng chiến lược nâng cao và nới lỏng định nghĩa xác thực lãnh đạo. Mặc dù đã giới thiệu các cơ chế đổi mới như chạy song song nhiều phiên bản khác nhau, nhưng vẫn chưa thể hoàn toàn giải quyết những vấn đề này.

Thiết kế giao thức mới: 2PAC (Nhận thức chung bất đồng bộ 2 giai đoạn)

Dựa trên phân tích các giao thức hiện có, các nhà nghiên cứu đã đề xuất giao thức 2PAC, thông qua việc đơn giản hóa và tối ưu hóa quá trình nhận thức chung để nâng cao hiệu suất đáng kể. 2PAC bao gồm hai biến thể:

2PAClean：
- Đạt được +90% thông lượng và độ trễ kỳ vọng 9.5δ
- Độ phức tạp của thông điệp là O(n²)
- Nâng cao hiệu quả bằng cách loại bỏ các tương tác và chi phí tính toán không cần thiết
2PACBIG：
- Hiện tại giao thức nhận thức chung Blockchain nhanh nhất dưới độ phức tạp tin nhắn O(n³)
- Thời gian chạy MVBA một lần không có lỗi là 4δ, giảm đáng kể độ trễ

Siêu nhanh dòng chảy khối

Các nhà nghiên cứu cũng đã đề xuất một thiết kế khối theo dòng mới, giảm đáng kể độ trễ của khối theo dòng. Bằng cách giới thiệu cơ chế đường dẫn nhanh, thời gian quyết định của khối theo dòng thậm chí có thể nhỏ hơn khối không theo dòng dưới trình lập lịch công bằng. Cơ chế này đảm bảo độ trễ của đường dẫn nhanh trong tất cả các thực thi và không bị ảnh hưởng bởi hành vi của các tiến trình lỗi.

Phân tích kết quả định lượng

Thông qua phân tích lý thuyết và thử nghiệm thực tế, độ trễ kỳ vọng của 2PAClean trong trường hợp tồi tệ nhất là 9.5δ, trong trường hợp tốt (không có lỗi và bộ lập lịch nửa công bằng) là 6δ. So với đó, độ trễ kỳ vọng của sMVBA là 10δ, trong trường hợp tốt là 6δ. 2PAClean đã giảm độ trễ trong trường hợp tồi tệ nhất xuống 0.5δ trong khi vẫn giữ độ trễ trong trường hợp tốt giống nhau. Hơn nữa, thông lượng của 2PAClean so với sMVBA dạng chuỗi đã tăng từ 80% đến 100%.

2PACBIG như một giao thức phức tạp về độ phức tạp tin nhắn O(n³), thời gian chạy MVBA một lần là 4δ, tốc độ vượt qua tất cả các giao thức hiện có. Thiết kế khối nhanh siêu tốc giúp s2PAClean và s2PACBIG lần lượt đạt được thời gian quyết định khối 4δ và 3δ, nâng cao hơn nữa hiệu suất của giao thức.

Kết quả đánh giá tính toán

Đánh giá tính toán rộng rãi cho thấy, 2PAClean và 2PACBIG thể hiện hiệu suất xuất sắc trong các điều kiện mạng khác nhau, đặc biệt là trong môi trường độ trễ cao và tỷ lệ lỗi cao. 2PAClean đạt được sự cân bằng tốt giữa độ trễ truyền tin và độ phức tạp tính toán, trong khi 2PACBIG đạt được độ trễ thấp hơn thông qua việc song song hóa và tối ưu hóa quy trình bỏ phiếu.

Hướng nghiên cứu tương lai

Giao thức tối ưu: Tiếp tục đơn giản hóa và tối ưu cấu trúc giao thức, giảm thiểu sự truyền tải tin nhắn và chi phí tính toán không cần thiết.
Phân tích an ninh: Phân tích sâu về tính an toàn của giao thức mới trong các tình huống tấn công khác nhau, đảm bảo độ tin cậy trong ứng dụng thực tế.
Ứng dụng thực tế: Áp dụng giao thức mới vào hệ thống Blockchain thực tế, xác minh hiệu suất của nó trong môi trường mạng thực.

Kết luận

Nghiên cứu này phân tích chi tiết những ưu điểm và nhược điểm của các giao thức nhận thức chung blockchain bất đồng bộ hiện tại, và đề xuất hai thiết kế giao thức mới là 2PAC và blockchain đường ống siêu nhanh. Những thiết kế mới này thể hiện lợi thế rõ rệt trong việc cải thiện thông lượng và giảm độ trễ, cung cấp tham khảo quan trọng cho sự phát triển công nghệ blockchain trong tương lai. Thông qua việc nghiên cứu và tối ưu hóa liên tục, công nghệ blockchain có khả năng đóng vai trò quan trọng hơn trong nền kinh tế số tương lai, trong khi các giao thức nhận thức chung thế hệ mới sẽ cung cấp nền tảng vững chắc cho sự phát triển của công nghệ này.

Xem bản gốc

This page may contain third-party content, which is provided for information purposes only (not representations/warranties) and should not be considered as an endorsement of its views by Gate, nor as financial or professional advice. See Disclaimer for details.

12 thích