أحدث التطورات والتطبيقات لبروتوكول إجماع البلوكتشين

تعتبر تقنية البلوكتشين تمثيلًا لتقنية دفتر الأستاذ الموزع غير المركزي، حيث يكمن جوهرها في آلية الإجماع. تؤثر أداء آلية الإجماع بشكل مباشر على قابلية توسيع نظام البلوكتشين وأمنه. يركز هذا التقرير على أحدث التطورات في بروتوكول النسخ الآلي المقاوم للاختراق البيزنطي (BFT SMR)، ويتناول بالتفصيل أسرع البروتوكولات غير المتزامنة الحالية والمشكلات الموجودة بها، ويقترح تصميمين مبتكرين للبروتوكول.

نظرة عامة على نموذج BFT غير المتزامن

في نموذج BFT غير المتزامن، يتكون النظام من 3f + 1 عملية، حيث يمكن أن تتعرض f منها للتخريب الخبيث. تتواصل العمليات عبر قنوات غير متزامنة، وتأخير نقل الرسائل غير متوقع. تمتلك كل عملية زوجًا من المفاتيح العامة والخاصة لضمان صحة الرسالة وسلامتها.

متطلبات بروتوكول الإجماع في البلوكتشين

1. النشاط: تأكد من وجود كتلة البلوكتشين المحددة بلا حدود في التنفيذ غير المحدود.
2. التوافقية: يجب أن تكون أي كتلتين تم اتخاذ القرار بشأنهما في البلوكتشين، واحدة منها سابقة للأخرى.
3. الجودة: تم تحديد أن نسبة المعاملات المدخلة من العقد الأمينة في البلوكتشين تصل إلى العتبة المحددة.

تحديات بروتوكول الإجماع غير المتزامن الحالي

حاليًا، يُعتبر بروتوكول sMVBA أسرع بروتوكول MVBA غير متزامن بتأخير متوقع قدره 10δ. وقد وُجد أن بروتوكول 2-chain VABA الذي كان يُعتبر الأسرع (تأخير متوقع 9.5δ) يحتوي على عدة ثغرات أمنية، بما في ذلك نقص في فحص الاعتماد، واستغلال استراتيجيات التعزيز التي تعيق النشاط، بالإضافة إلى مشاكل في الإجماع الناتجة عن تخفيف تعريف الاعتماد للقادة.

تصميم بروتوكول مبتكر

1. 2PAC (الإجماع غير المتزامن من المرحلة الثانية)

تعمل بروتوكول 2PAC على تبسيط وتحسين عملية الإجماع، مما يعزز الأداء بشكل ملحوظ. ويشمل نوعين:

• 2PAClean: حقق زيادة في السعة بأكثر من 90%، التأخير المتوقع هو 9.5δ، تعقيد الرسالة هو O(n²).
• 2PACBIG: حاليًا، درجة تعقيد الرسالة هي O(n³) لأسرع بروتوكول إجماع للبلوكتشين، ووقت تشغيل MVBA لمرة واحدة في حالة عدم وجود أعطال هو فقط 4δ.

2. خط التجميع السريع كتلة

هذا التصميم الجديد يقلل بشكل كبير من تأخير كتلة خط الأنابيب. من خلال إدخال آلية المسار السريع، قد يكون وقت اتخاذ القرار لكتلة خط الأنابيب تحت جدولة عادلة أقل حتى من كتلة غير خط الأنابيب. تضمن هذه الآلية تأخير المسار السريع في جميع التنفيذات، دون أن تتأثر بعمليات الفشل.

تقييم الأداء

تشير التحليلات النظرية والاختبارات العملية إلى أن:

• 2PAClean في أسوأ الحالات يتوقع تأخير قدره 9.5δ، وفي الحالات الجيدة 6δ.
• إن قدرة التحمل لـ 2PAClean أعلى بنسبة 80%-100% من sMVBA المتسلسل.
• مدة تشغيل 2PACBIG لمرة واحدة MVBA هي 4δ، أفضل من جميع البروتوكولات الحالية.
• تصميم خط الإنتاج فائق السرعة يجعل s2PAClean و s2PACBIG يحققان أوقات اتخاذ القرار للكتل بمعدل 4δ و 3δ على التوالي.

اتجاهات البحث المستقبلية

1. 进一步简化和优化 بروتوكول结构，减少不必要的 الرسائل传递和 حساب开销。
2. تحليل أعمق لسلامة البروتوكول الجديد في سيناريوهات الهجوم المختلفة.
3. تطبيق البروتوكول الجديد على أنظمة البلوكتشين الفعلية، والتحقق من أدائها في بيئة الشبكة الحقيقية.

مع التطور المستمر لتقنية البلوكتشين، ستلعب بروتوكولات الإجماع BFT غير المتزامنة دورًا متزايد الأهمية في ضمان الأمان وزيادة الأداء. لقد أشار تصميم 2PAC وكتل خطوط التجميع فائقة السرعة إلى الاتجاه لتطوير بروتوكولات الإجماع في البلوكتشين في المستقبل، أي من خلال تبسيط هيكل البروتوكول وتحسين عملية الإجماع، لتحقيق معدلات تدفق أعلى وأوقات تأخير أقل. هذه الابتكارات لا تثبت تفوقها نظريًا فحسب، بل تعرض أيضًا أداءً ممتازًا في الاختبارات العملية، مما يوفر أفكارًا جديدة لتحقيق بروتوكولات إجماع البلوكتشين الفعالة والآمنة.