Blok Zinciri Konsensüs protokolünün son gelişmeleri ve uygulamaları

Blok zinciri teknolojisi, merkeziyetsiz dağıtılmış defter teknolojisinin bir temsilcisi olarak, esasen konsensüs mekanizmasına dayanır. Konsensüs mekanizmasının performansı, blok zinciri sisteminin ölçeklenebilirliği ve güvenliği üzerinde doğrudan etkiye sahiptir. Bu rapor, asenkron Bizans hata toleranslı durum makinesi kopyalama (BFT SMR) protokolünün en son gelişmelerini ele almakta ve iki yenilikçi protokol tasarımı önermektedir.

Asenkron BFT Modelinin Genel Görünümü

Asenkron BFT modelinde, sistem 3f+1 işlemden oluşur, burada f tane kötü niyetli olarak bozulabilir. İşlemler arasında asenkron kanallar aracılığıyla iletişim kurulur, mesaj iletim gecikmesi tahmin edilemez. Her işlem, mesajın doğruluğunu ve bütünlüğünü sağlamak için bir açık ve özel anahtar çifti bulundurur.

Blok Zinciri Konsensüs protokolünün temel gereksinimleri

Blok Zinciri Konsensüs protokolü aşağıdaki birkaç ana gereksinimi karşılamalıdır:

1. Aktiflik: Sonsuz yürütme içinde, belirlenmiş bir sonsuz uzunlukta Blok Zinciri vardır.
2. Tutarlılık: Eğer iki kararlaştırılmış blok zinciri varsa, bunlardan biri diğerinin ön eki olmalıdır.
3. P kalitesi: Blok Zinciri'nde, dürüst düğümlerin girdiği işlemlerin oranı en az p olarak belirlenmiştir.

Mevcut Asenkron Konsensüs Protokollerinin Zorlukları

Şu anda, sMVBA en hızlı asenkron MVBA protokolüdür, beklenen gecikme 10δ'dir. Daha önce en hızlı 2-chain VABA protokolü olarak kabul edilen (gecikmenin 9.5δ olduğu iddia edilmişti) çeşitli güvenlik açıkları bulunmaktadır, bunlar arasında:

• Sertifika kontrol eksikliği nedeniyle oluşan saldırılar
• Aktifliği hedef alan saldırılara karşı stratejileri kullanmak
• Liderlik sertifikası tanımındaki gevşeme, tutarlılık sorunlarını doğurdu.

Yeni protokol tasarımı: 2PAC (2 aşamalı asenkron konsensüs)

Mevcut protokollerin analizine dayanarak, iki tür 2PAC protokol varyantı önerdik:

2PAClean

• %90'dan fazla bir verim ve 9.5δ'lik bir beklenen gecikme sağlandı
• Mesaj karmaşıklığı O(n²)
• Konsensüs sürecini optimize ederek verimlilikte önemli bir artış sağlandı

2PACBIG

• Mevcut mesaj karmaşıklığı O(n³) en hızlı Blok Zinciri Konsensüs protokolü
• Arızasız durumda, tek seferlik MVBA çalışma süresi yalnızca 4δ'dir.

Süper Hızlı Akış Hattı Blok

Aynı zamanda karar gecikmesini önemli ölçüde azaltan yenilikçi bir hat blok tasarımı önerdik:

• Hızlı yol mekanizması getirerek, adil planlayıcı altında, akışkan blok karar verme süresi hatta akışkan olmayan bloklardan daha kısa olabilir.
• Tüm yürütmelerde hızlı yol gecikmesinin garanti edilmesi, arızalı süreçlerden etkilenmez.

Performans Değerlendirmesi

Teorik analiz ve pratik testler aracılığıyla, yeni protokol belirgin avantajlar göstermektedir:

• 2PAClean: En kötü senaryoda beklenen gecikme 9.5δ, iyi durumda 6δ
• 2PACBIG: Tek seferlik MVBA çalışma süresi 4δ, mevcut tüm protokollerden önde.
• Süper hızlı hat tasarımı: s2PAClean ve s2PACBIG sırasıyla 4δ ve 3δ hat blok karar süresini gerçekleştirir.

Hesaplama Değerlendirme Sonucu

Geniş kapsamlı hesaplama değerlendirmeleri, 2PAClean ve 2PACBIG'in çeşitli ağ koşullarında mükemmel performans gösterdiğini ortaya koymaktadır:

• 2PAClean, mesaj iletim gecikmesi ve hesaplama karmaşıklığı arasında iyi bir denge sağlıyor.
• 2PACBIG, oylama sürecini paralel hale getirerek ve optimize ederek daha düşük gecikme süresi sağlar.

Gelecek Araştırma Yönleri

1. Protokol yapısını daha da basitleştirmek ve optimize etmek
2. Yeni protokolün çeşitli saldırı senaryolarındaki güvenliğini derinlemesine analiz etme
3. Yeni protokolü gerçek blok zinciri sistemlerine uygulamak, gerçek ağ ortamı performansını doğrulamak

Sonuç

2PAC ve ultra hızlı akış hattı blok tasarımı, blok zinciri konsensüs protokolünün gelecekteki gelişim yönünü göstermektedir. Protokol yapısını basitleştirerek ve konsensüs sürecini optimize ederek, bu yeni protokoller, verimliliği artırma ve gecikmeyi azaltma konusunda önemli avantajlar sunmaktadır. Araştırmalar derinleştikçe ve teknoloji sürekli optimize edildikçe, yeni nesil konsensüs protokolleri, blok zinciri teknolojisinin dijital ekonomide geniş kapsamlı uygulamaları için sağlam bir temel oluşturacaktır.