Derniers avancements et applications des protocoles de consensus Blockchain
La technologie Blockchain, en tant que technologie de registre distribué décentralisé, garantit l'intégrité et la cohérence des données grâce à un protocole de consensus. Le protocole de consensus est le cœur du système Blockchain, dont les performances influencent directement l'évolutivité et la sécurité de la Blockchain. Le protocole de consensus Byzantine Fault Tolerance (BFT) présente des avantages uniques pour faire face aux retards réseau et aux défaillances de certains nœuds, c'est pourquoi il est devenu un sujet de recherche majeur.
Cet article explore l'état actuel du développement des protocoles de consensus Blockchain, en mettant l'accent sur les derniers développements du protocole de Réplication d'État Tolérant aux Pannes Byzantines Asynchrones (BFT SMR). Actuellement, sMVBA est considéré comme le protocole MVBA asynchrone le plus rapide, avec un délai prévu de 10δ. De plus, cet article propose deux nouvelles conceptions de protocole, à savoir 2PAC (Consensus Asynchrone en 2 Étapes) et Bloc de Pipeline Ultra Rapide, montrant des améliorations significatives en termes de débit et de latence.
Modèles et définitions
Dans le modèle BFT asynchrone, le système est composé de n = 3f + 1 processus, où f processus peuvent être malicieusement compromis par un adversaire. Ces processus communiquent entre eux via des canaux asynchrones, et le délai de transmission des messages est contrôlé par l'adversaire. Chaque processus possède une paire de clés publiques et privées pour signer et vérifier, garantissant l'authenticité et l'intégrité des messages.
Blockchain Consensus
Le protocole de consensus Blockchain vise à permettre à tous les nœuds honnêtes de parvenir à un accord sur l'état de la Blockchain. Plus précisément, chaque nœud reçoit en permanence de nouvelles transactions et les regroupe en blocs, en s'assurant que ces blocs sont convenus par tous les nœuds honnêtes grâce au protocole de consensus. Le protocole de consensus Blockchain doit répondre aux exigences fondamentales suivantes :
Activité : dans une exécution infinie, il existe une chaîne de blocs décidée infinie.
Cohérence : s'il existe deux chaînes de blocs décidées, l'une d'elles doit être un préfixe de l'autre.
P qualité : Dans la blockchain décidée, la proportion de transactions saisies par des nœuds honnêtes doit être d'au moins p.
Défis actuels du protocole de consensus asynchrone
Actuellement, certains protocoles de consensus asynchrone présentent plusieurs types d'attaques potentielles qui pourraient compromettre leur cohérence et leur activité. Par exemple, les attaques dues à un manque de vérification de l'authentification, les attaques qui entravent l'activité en utilisant des stratégies d'élévation, ainsi que les attaques de cohérence résultant d'une définition assouplie de l'authentification des leaders. Bien que certains protocoles aient introduit de nouveaux mécanismes, tels que l'exécution parallèle de plusieurs instances, ces problèmes n'ont pas encore été complètement résolus.
Nouveau design de protocole : 2PAC (Consensus asynchrone en 2 phases)
Sur la base de l'analyse des protocoles existants, les chercheurs ont proposé le protocole 2PAC. Ce protocole améliore considérablement les performances en simplifiant et en optimisant le processus de consensus. Il comprend spécifiquement deux variantes :
2PAClean :
A réalisé une capacité de +90% et un délai d'attente prévu de 9.5δ, avec une complexité de message de O(n²).
En améliorant l'efficacité du protocole en éliminant les interactions et les frais de calcul inutiles.
2PACBIG :
C'est le protocole de consensus Blockchain le plus rapide avec une complexité de message de O(n³).
Le temps d'exécution unique sans erreur de MVBA est de 4δ, réduisant considérablement la latence.
Super rapide pipeline Bloc
Les chercheurs ont proposé un nouveau design de bloc en pipeline, réduisant considérablement la latence des blocs en pipeline. En introduisant un mécanisme de chemin rapide, le temps de décision des blocs en pipeline est même inférieur à celui des blocs non en pipeline sous un ordonnanceur équitable. Ce mécanisme garantit la latence du chemin rapide dans toutes les exécutions et n'est pas affecté par le comportement des processus défaillants.
Résultats de la quantification
À travers une analyse théorique et des tests pratiques, le délai prévu dans le pire des cas pour 2PAClean est de 9,5δ, tandis que dans le meilleur des cas (sans pannes et avec un ordonnanceur semi-équitable), il est de 6δ. En comparaison, le délai prévu pour sMVBA est de 10δ, et dans le meilleur des cas, de 6δ. Ainsi, 2PAClean réduit le délai dans le pire des cas de 0,5δ tout en maintenant le même délai dans le meilleur des cas. De plus, le débit de 2PAClean est amélioré de 80% à 100% par rapport à la sMVBA en chaîne, principalement en raison de l'évitement des abandons de blocs inutiles et des frais de calcul dans la nouvelle conception.
2PACBIG en tant que protocole avec une complexité de message de O(n³), possède un temps d'exécution MVBA unique de 4δ, plus rapide que tous les protocoles existants. De plus, la conception de blocs en pipeline ultra-rapide permet à s2PAClean et s2PACBIG d'atteindre respectivement des temps de décision de blocs en pipeline de 4δ et 3δ, améliorant encore les performances du protocole.
Évaluation des calculs
Pour valider les performances du nouveau protocole, les chercheurs ont effectué une évaluation computationnelle approfondie. Les résultats montrent que 2PAClean et 2PACBIG affichent d'excellentes performances dans diverses conditions réseau, en particulier dans des environnements à forte latence et à taux de défaillance élevé. Plus précisément, 2PAClean réalise un bon équilibre entre la latence de transmission des messages et la complexité computationnelle, tandis que 2PACBIG atteint une latence plus faible grâce à la parallélisation et à l'optimisation du processus de vote.
Directions de recherche futures
Avec le développement continu de la technologie Blockchain, le protocole de consensus BFT asynchrone jouera un rôle de plus en plus important dans la garantie de la sécurité et l'amélioration des performances. La conception de 2PAC et des blocs à pipeline ultra-rapide démontre la direction future du développement des protocoles de consensus Blockchain, à savoir réaliser un débit plus élevé et une latence plus faible en simplifiant la structure du protocole et en optimisant le processus de consensus.
Les recherches futures peuvent explorer davantage les directions suivantes :
Optimisation du protocole : simplification et optimisation supplémentaires de la structure du protocole, réduction des transmissions de messages et des coûts de calcul inutiles.
Analyse de la sécurité : analyser en profondeur la sécurité du nouveau protocole dans divers scénarios d'attaque, afin de garantir sa fiabilité dans les applications réelles.
Application pratique : appliquer le nouveau protocole dans un système blockchain réel, pour vérifier sa performance dans un environnement de réseau réel.
Grâce à des recherches et des optimisations continues, nous avons des raisons de croire que la technologie Blockchain jouera un rôle de plus en plus important dans l'économie numérique de demain, et que la nouvelle génération de protocole de consensus fournira une base solide pour le développement de cette technologie.
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NullWhisperer
· Il y a 2h
hum... techniquement parlant, ce protocole 2PAC semble suspectement vulnérable aux attaques par temporisation
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SchrodingerPrivateKey
· 08-03 12:29
Blockchain est aussi en plein essor.
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PensionDestroyer
· 08-03 12:24
Je ne comprends pas, mais je sais que c'est incroyable.
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CoffeeNFTs
· 08-03 12:15
Il faut encore regarder le Consensus asynchrone pour le Bit.
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AirdropBlackHole
· 08-03 12:08
Après avoir couru autant de protocoles de consensus, il vaudrait mieux pump tout de suite.
Nouvelle percée dans le consensus de Blockchain : le protocole 2PAC réalise un meilleur débit et une latence plus faible.
Derniers avancements et applications des protocoles de consensus Blockchain
La technologie Blockchain, en tant que technologie de registre distribué décentralisé, garantit l'intégrité et la cohérence des données grâce à un protocole de consensus. Le protocole de consensus est le cœur du système Blockchain, dont les performances influencent directement l'évolutivité et la sécurité de la Blockchain. Le protocole de consensus Byzantine Fault Tolerance (BFT) présente des avantages uniques pour faire face aux retards réseau et aux défaillances de certains nœuds, c'est pourquoi il est devenu un sujet de recherche majeur.
Cet article explore l'état actuel du développement des protocoles de consensus Blockchain, en mettant l'accent sur les derniers développements du protocole de Réplication d'État Tolérant aux Pannes Byzantines Asynchrones (BFT SMR). Actuellement, sMVBA est considéré comme le protocole MVBA asynchrone le plus rapide, avec un délai prévu de 10δ. De plus, cet article propose deux nouvelles conceptions de protocole, à savoir 2PAC (Consensus Asynchrone en 2 Étapes) et Bloc de Pipeline Ultra Rapide, montrant des améliorations significatives en termes de débit et de latence.
Modèles et définitions
Dans le modèle BFT asynchrone, le système est composé de n = 3f + 1 processus, où f processus peuvent être malicieusement compromis par un adversaire. Ces processus communiquent entre eux via des canaux asynchrones, et le délai de transmission des messages est contrôlé par l'adversaire. Chaque processus possède une paire de clés publiques et privées pour signer et vérifier, garantissant l'authenticité et l'intégrité des messages.
Blockchain Consensus
Le protocole de consensus Blockchain vise à permettre à tous les nœuds honnêtes de parvenir à un accord sur l'état de la Blockchain. Plus précisément, chaque nœud reçoit en permanence de nouvelles transactions et les regroupe en blocs, en s'assurant que ces blocs sont convenus par tous les nœuds honnêtes grâce au protocole de consensus. Le protocole de consensus Blockchain doit répondre aux exigences fondamentales suivantes :
Défis actuels du protocole de consensus asynchrone
Actuellement, certains protocoles de consensus asynchrone présentent plusieurs types d'attaques potentielles qui pourraient compromettre leur cohérence et leur activité. Par exemple, les attaques dues à un manque de vérification de l'authentification, les attaques qui entravent l'activité en utilisant des stratégies d'élévation, ainsi que les attaques de cohérence résultant d'une définition assouplie de l'authentification des leaders. Bien que certains protocoles aient introduit de nouveaux mécanismes, tels que l'exécution parallèle de plusieurs instances, ces problèmes n'ont pas encore été complètement résolus.
Nouveau design de protocole : 2PAC (Consensus asynchrone en 2 phases)
Sur la base de l'analyse des protocoles existants, les chercheurs ont proposé le protocole 2PAC. Ce protocole améliore considérablement les performances en simplifiant et en optimisant le processus de consensus. Il comprend spécifiquement deux variantes :
2PAClean :
2PACBIG :
Super rapide pipeline Bloc
Les chercheurs ont proposé un nouveau design de bloc en pipeline, réduisant considérablement la latence des blocs en pipeline. En introduisant un mécanisme de chemin rapide, le temps de décision des blocs en pipeline est même inférieur à celui des blocs non en pipeline sous un ordonnanceur équitable. Ce mécanisme garantit la latence du chemin rapide dans toutes les exécutions et n'est pas affecté par le comportement des processus défaillants.
Résultats de la quantification
À travers une analyse théorique et des tests pratiques, le délai prévu dans le pire des cas pour 2PAClean est de 9,5δ, tandis que dans le meilleur des cas (sans pannes et avec un ordonnanceur semi-équitable), il est de 6δ. En comparaison, le délai prévu pour sMVBA est de 10δ, et dans le meilleur des cas, de 6δ. Ainsi, 2PAClean réduit le délai dans le pire des cas de 0,5δ tout en maintenant le même délai dans le meilleur des cas. De plus, le débit de 2PAClean est amélioré de 80% à 100% par rapport à la sMVBA en chaîne, principalement en raison de l'évitement des abandons de blocs inutiles et des frais de calcul dans la nouvelle conception.
2PACBIG en tant que protocole avec une complexité de message de O(n³), possède un temps d'exécution MVBA unique de 4δ, plus rapide que tous les protocoles existants. De plus, la conception de blocs en pipeline ultra-rapide permet à s2PAClean et s2PACBIG d'atteindre respectivement des temps de décision de blocs en pipeline de 4δ et 3δ, améliorant encore les performances du protocole.
Évaluation des calculs
Pour valider les performances du nouveau protocole, les chercheurs ont effectué une évaluation computationnelle approfondie. Les résultats montrent que 2PAClean et 2PACBIG affichent d'excellentes performances dans diverses conditions réseau, en particulier dans des environnements à forte latence et à taux de défaillance élevé. Plus précisément, 2PAClean réalise un bon équilibre entre la latence de transmission des messages et la complexité computationnelle, tandis que 2PACBIG atteint une latence plus faible grâce à la parallélisation et à l'optimisation du processus de vote.
Directions de recherche futures
Avec le développement continu de la technologie Blockchain, le protocole de consensus BFT asynchrone jouera un rôle de plus en plus important dans la garantie de la sécurité et l'amélioration des performances. La conception de 2PAC et des blocs à pipeline ultra-rapide démontre la direction future du développement des protocoles de consensus Blockchain, à savoir réaliser un débit plus élevé et une latence plus faible en simplifiant la structure du protocole et en optimisant le processus de consensus.
Les recherches futures peuvent explorer davantage les directions suivantes :
Grâce à des recherches et des optimisations continues, nous avons des raisons de croire que la technologie Blockchain jouera un rôle de plus en plus important dans l'économie numérique de demain, et que la nouvelle génération de protocole de consensus fournira une base solide pour le développement de cette technologie.