Últimos avances y aplicaciones del protocolo de consenso de cadena de bloques
La tecnología de cadena de bloques, como una tecnología de libro de registro distribuido descentralizado, asegura la integridad y consistencia de los datos a través de mecanismos de consenso. El mecanismo de consenso es el núcleo del sistema de cadena de bloques, y su rendimiento afecta directamente la escalabilidad y seguridad de la cadena de bloques. El mecanismo de consenso de tolerancia a fallos bizantinos asíncronos (BFT) tiene ventajas únicas en la gestión de la latencia de la red y la falla de nodos parciales, por lo que se ha convertido en un enfoque de investigación clave.
Este artículo explora el estado actual del desarrollo de los protocolos de consenso de la cadena de bloques, analizando en profundidad los últimos avances del protocolo de replicación de máquina de estado tolerante a fallos bizantinos asíncronos (BFT SMR). Actualmente, sMVBA se considera el protocolo MVBA asíncrono más rápido, con una latencia esperada de 10δ. Además, este artículo presenta dos nuevos diseños de protocolo, a saber, 2PAC (consenso asíncrono de 2 fases) y bloques de tubería ultrarrápida, que muestran mejoras significativas en términos de rendimiento y latencia.
Modelo y definición
En el modelo BFT asíncrono, el sistema está compuesto por n = 3f + 1 procesos, donde f procesos pueden ser maliciosamente comprometidos por adversarios. Estos procesos se comunican entre sí a través de canales asíncronos, y la latencia de la transmisión de mensajes es controlada por los adversarios. Cada proceso posee un par de claves públicas y privadas para firmar y verificar, asegurando la autenticidad e integridad de los mensajes.
Cadena de bloques Consenso
El protocolo de consenso de la cadena de bloques tiene como objetivo hacer que todos los nodos honestos lleguen a un acuerdo sobre el estado de la cadena de bloques. Específicamente, cada nodo recibe continuamente nuevas transacciones y las empaqueta en bloques, asegurando a través del protocolo de consenso que estos bloques se acuerden en todos los nodos honestos. El protocolo de consenso de la cadena de bloques debe cumplir con los siguientes requisitos básicos:
Actividad: En la ejecución infinita, existe una cadena de bloques decidida de longitud infinita.
Consistencia: Si existen dos cadenas de bloques decididas, una de ellas debe ser un prefijo de la otra.
Calidad P: En la cadena de bloques ya decidida, la proporción de transacciones ingresadas por nodos honestos debe ser al menos p.
Desafíos actuales del protocolo de consenso asíncrono
Actualmente, algunos protocolos de consenso asíncronos presentan múltiples formas de ataque potencial que pueden comprometer su consistencia y actividad. Por ejemplo, ataques que surgen de la falta de verificación de la autenticación, ataques que utilizan estrategias de aumento para obstaculizar la actividad, y ataques de consistencia que resultan de una definición de autenticación de líderes más laxa, entre otros. A pesar de que algunos protocolos han introducido nuevos mecanismos, como la ejecución paralela de múltiples instancias, todavía no han logrado resolver completamente estos problemas.
Nuevo diseño de protocolo: 2PAC (Consenso asíncrono en 2 fases)
Basado en el análisis de los protocolos existentes, los investigadores propusieron el protocolo 2PAC. Este protocolo mejora significativamente el rendimiento al simplificar y optimizar el proceso de consenso. Incluye específicamente dos variantes:
2PAClean:
Se logró más del 90% de rendimiento y una latencia esperada de 9.5δ, con una complejidad del mensaje de O(n²).
Se mejoró la eficiencia del protocolo al eliminar interacciones y costos computacionales innecesarios.
2PACBIG：
Es el protocolo de consenso de cadena de bloques más rápido con una complejidad de mensaje actual de O(n³).
El tiempo de ejecución de un solo MVBA sin fallos es de 4δ, lo que reduce drásticamente la latencia.
Super rápido Bloquear de línea de producción
Los investigadores han propuesto un nuevo diseño de bloque en pipeline que reduce significativamente la latencia de los bloques en pipeline. Al introducir un mecanismo de ruta rápida, el tiempo de decisión de los bloques en pipeline es incluso menor que el de los bloques no en pipeline bajo un programador justo. Este mecanismo garantiza la latencia de la ruta rápida en todas las ejecuciones y no se ve afectado por el comportamiento de procesos fallidos.
Resultados cuantitativos
A través del análisis teórico y pruebas prácticas, el retraso esperado de 2PAClean en el peor de los casos es de 9.5δ, mientras que en el buen caso (sin fallos y con programador semijusto) es de 6δ. En comparación, el retraso esperado de sMVBA es de 10δ, y en buen caso es de 6δ. Por lo tanto, 2PAClean reduce el retraso en el peor de los casos en 0.5δ, manteniendo el mismo retraso en el buen caso. Además, el rendimiento de 2PAClean mejora entre un 80% y un 100% en comparación con el sMVBA en cadena, principalmente debido a que el nuevo diseño evita la eliminación innecesaria de bloques y la sobrecarga computacional.
2PACBIG como un protocolo con una complejidad de mensaje de O(n³), tiene un tiempo de ejecución de MVBA de 4δ, siendo más rápido que todos los protocolos existentes. Además, el diseño de bloques de tubería ultrarrápido permite que s2PAClean y s2PACBIG logren tiempos de decisión de bloques de tubería de 4δ y 3δ respectivamente, mejorando aún más el rendimiento del protocolo.
Evaluación de cálculo
Para validar el rendimiento del nuevo protocolo, los investigadores realizaron una amplia evaluación computacional. Los resultados mostraron que 2PAClean y 2PACBIG demostraron un rendimiento excepcional en diversas condiciones de red, especialmente en entornos de alta latencia y alta tasa de fallos. Específicamente, 2PAClean logró un buen equilibrio entre la latencia de mensajería y la complejidad computacional, mientras que 2PACBIG logró una latencia más baja a través de la paralelización y la optimización del proceso de votación.
Direcciones de investigación futuras
Con el continuo desarrollo de la tecnología de cadena de bloques, el protocolo de consenso BFT asíncrono jugará un papel cada vez más importante en garantizar la seguridad y mejorar el rendimiento. El diseño de 2PAC y los bloques de línea de producción ultrarrápidos muestran la dirección de desarrollo de los protocolos de consenso de cadena de bloques en el futuro, es decir, lograr un mayor rendimiento y una menor latencia mediante la simplificación de la estructura del protocolo y la optimización del proceso de consenso.
Las investigaciones futuras pueden explorar aún más las siguientes direcciones:
Optimización del protocolo: simplificar y optimizar aún más la estructura del protocolo, reduciendo la comunicación innecesaria y los costos de cálculo.
Análisis de seguridad: analizar en profundidad la seguridad del nuevo protocolo en diversos escenarios de ataque, asegurando su fiabilidad en aplicaciones prácticas.
Aplicación práctica: aplicar el nuevo protocolo en sistemas de cadena de bloques reales, verificando su rendimiento en un entorno de red real.
A través de la investigación y optimización continuas, tenemos razones para creer que la tecnología de la Cadena de bloques desempeñará un papel cada vez más importante en la economía digital del futuro, y que la nueva generación de protocolos de consenso proporcionará una base sólida para el desarrollo de esta tecnología.
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NullWhisperer
· hace2h
mmm... hablando técnicamente, ese protocolo 2PAC parece sospechosamente vulnerable a ataques de temporización
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SchrodingerPrivateKey
· 08-03 12:29
Cadena de bloques también se ha vuelto popular.
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PensionDestroyer
· 08-03 12:24
No lo entiendo pero sé que es increíble.
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CoffeeNFTs
· 08-03 12:15
Bit aún debe observar el consenso asíncrono.
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AirdropBlackHole
· 08-03 12:08
Corriendo tantos protocolos de consenso, aún es mejor bombear ahora.
Nuevo avance en el consenso de la Cadena de bloques: el protocolo 2PAC logra un mayor rendimiento y menor latencia.
Últimos avances y aplicaciones del protocolo de consenso de cadena de bloques
La tecnología de cadena de bloques, como una tecnología de libro de registro distribuido descentralizado, asegura la integridad y consistencia de los datos a través de mecanismos de consenso. El mecanismo de consenso es el núcleo del sistema de cadena de bloques, y su rendimiento afecta directamente la escalabilidad y seguridad de la cadena de bloques. El mecanismo de consenso de tolerancia a fallos bizantinos asíncronos (BFT) tiene ventajas únicas en la gestión de la latencia de la red y la falla de nodos parciales, por lo que se ha convertido en un enfoque de investigación clave.
Este artículo explora el estado actual del desarrollo de los protocolos de consenso de la cadena de bloques, analizando en profundidad los últimos avances del protocolo de replicación de máquina de estado tolerante a fallos bizantinos asíncronos (BFT SMR). Actualmente, sMVBA se considera el protocolo MVBA asíncrono más rápido, con una latencia esperada de 10δ. Además, este artículo presenta dos nuevos diseños de protocolo, a saber, 2PAC (consenso asíncrono de 2 fases) y bloques de tubería ultrarrápida, que muestran mejoras significativas en términos de rendimiento y latencia.
Modelo y definición
En el modelo BFT asíncrono, el sistema está compuesto por n = 3f + 1 procesos, donde f procesos pueden ser maliciosamente comprometidos por adversarios. Estos procesos se comunican entre sí a través de canales asíncronos, y la latencia de la transmisión de mensajes es controlada por los adversarios. Cada proceso posee un par de claves públicas y privadas para firmar y verificar, asegurando la autenticidad e integridad de los mensajes.
Cadena de bloques Consenso
El protocolo de consenso de la cadena de bloques tiene como objetivo hacer que todos los nodos honestos lleguen a un acuerdo sobre el estado de la cadena de bloques. Específicamente, cada nodo recibe continuamente nuevas transacciones y las empaqueta en bloques, asegurando a través del protocolo de consenso que estos bloques se acuerden en todos los nodos honestos. El protocolo de consenso de la cadena de bloques debe cumplir con los siguientes requisitos básicos:
Desafíos actuales del protocolo de consenso asíncrono
Actualmente, algunos protocolos de consenso asíncronos presentan múltiples formas de ataque potencial que pueden comprometer su consistencia y actividad. Por ejemplo, ataques que surgen de la falta de verificación de la autenticación, ataques que utilizan estrategias de aumento para obstaculizar la actividad, y ataques de consistencia que resultan de una definición de autenticación de líderes más laxa, entre otros. A pesar de que algunos protocolos han introducido nuevos mecanismos, como la ejecución paralela de múltiples instancias, todavía no han logrado resolver completamente estos problemas.
Nuevo diseño de protocolo: 2PAC (Consenso asíncrono en 2 fases)
Basado en el análisis de los protocolos existentes, los investigadores propusieron el protocolo 2PAC. Este protocolo mejora significativamente el rendimiento al simplificar y optimizar el proceso de consenso. Incluye específicamente dos variantes:
2PAClean:
2PACBIG：
Super rápido Bloquear de línea de producción
Los investigadores han propuesto un nuevo diseño de bloque en pipeline que reduce significativamente la latencia de los bloques en pipeline. Al introducir un mecanismo de ruta rápida, el tiempo de decisión de los bloques en pipeline es incluso menor que el de los bloques no en pipeline bajo un programador justo. Este mecanismo garantiza la latencia de la ruta rápida en todas las ejecuciones y no se ve afectado por el comportamiento de procesos fallidos.
Resultados cuantitativos
A través del análisis teórico y pruebas prácticas, el retraso esperado de 2PAClean en el peor de los casos es de 9.5δ, mientras que en el buen caso (sin fallos y con programador semijusto) es de 6δ. En comparación, el retraso esperado de sMVBA es de 10δ, y en buen caso es de 6δ. Por lo tanto, 2PAClean reduce el retraso en el peor de los casos en 0.5δ, manteniendo el mismo retraso en el buen caso. Además, el rendimiento de 2PAClean mejora entre un 80% y un 100% en comparación con el sMVBA en cadena, principalmente debido a que el nuevo diseño evita la eliminación innecesaria de bloques y la sobrecarga computacional.
2PACBIG como un protocolo con una complejidad de mensaje de O(n³), tiene un tiempo de ejecución de MVBA de 4δ, siendo más rápido que todos los protocolos existentes. Además, el diseño de bloques de tubería ultrarrápido permite que s2PAClean y s2PACBIG logren tiempos de decisión de bloques de tubería de 4δ y 3δ respectivamente, mejorando aún más el rendimiento del protocolo.
Evaluación de cálculo
Para validar el rendimiento del nuevo protocolo, los investigadores realizaron una amplia evaluación computacional. Los resultados mostraron que 2PAClean y 2PACBIG demostraron un rendimiento excepcional en diversas condiciones de red, especialmente en entornos de alta latencia y alta tasa de fallos. Específicamente, 2PAClean logró un buen equilibrio entre la latencia de mensajería y la complejidad computacional, mientras que 2PACBIG logró una latencia más baja a través de la paralelización y la optimización del proceso de votación.
Direcciones de investigación futuras
Con el continuo desarrollo de la tecnología de cadena de bloques, el protocolo de consenso BFT asíncrono jugará un papel cada vez más importante en garantizar la seguridad y mejorar el rendimiento. El diseño de 2PAC y los bloques de línea de producción ultrarrápidos muestran la dirección de desarrollo de los protocolos de consenso de cadena de bloques en el futuro, es decir, lograr un mayor rendimiento y una menor latencia mediante la simplificación de la estructura del protocolo y la optimización del proceso de consenso.
Las investigaciones futuras pueden explorar aún más las siguientes direcciones:
A través de la investigación y optimización continuas, tenemos razones para creer que la tecnología de la Cadena de bloques desempeñará un papel cada vez más importante en la economía digital del futuro, y que la nueva generación de protocolos de consenso proporcionará una base sólida para el desarrollo de esta tecnología.