Những tiến triển và ứng dụng mới nhất của giao thức nhận thức chung Blockchain
Công nghệ Blockchain, như một công nghệ sổ cái phân tán phi tập trung, đảm bảo tính toàn vẹn và tính nhất quán của dữ liệu thông qua cơ chế nhận thức chung. Cơ chế nhận thức chung là cốt lõi của hệ thống Blockchain, hiệu suất của nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng mở rộng và tính bảo mật của Blockchain. Cơ chế nhận thức chung BFT (tolerance Byzantine fault) có những lợi thế độc đáo trong việc đối phó với độ trễ mạng và sự thất bại của một số nút, do đó trở thành trọng tâm của nghiên cứu.
Bài viết này khám phá tình trạng phát triển của giao thức nhận thức chung Blockchain, tập trung phân tích những tiến bộ mới nhất của giao thức sao chép trạng thái BFT SMR bất đồng bộ. Hiện tại, sMVBA được coi là giao thức MVBA bất đồng bộ nhanh nhất với độ trễ dự kiến là 10δ. Ngoài ra, bài viết còn đề xuất hai thiết kế giao thức mới, đó là 2PAC (nhận thức chung bất đồng bộ 2 giai đoạn) và khối siêu nhanh, cho thấy sự cải thiện đáng kể về thông lượng và độ trễ.
Mô hình và định nghĩa
Trong mô hình BFT bất đồng bộ, hệ thống bao gồm n = 3f + 1 tiến trình, trong đó f tiến trình có thể bị đối thủ phá hoại một cách ác ý. Các tiến trình này giao tiếp với nhau qua các kênh bất đồng bộ, thời gian truyền tin được kiểm soát bởi đối thủ. Mỗi tiến trình có một cặp khóa công khai và riêng tư để ký và xác thực, đảm bảo tính xác thực và toàn vẹn của tin nhắn.
Blockchain Nhận thức chung
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 Blockchain. Cụ thể, mỗi nút liên tục nhận các giao dịch mới và đóng gói chúng thành các khối, thông qua giao thức nhận thức chung đảm bảo rằng những khối này đạt được sự đồng thuận trên tất cả các nút trung thực. Giao thức nhận thức chung Blockchain cần phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:
Hoạt tính: Trong việc thực thi vô hạn, tồn tại một chuỗi khối đã quyết định vô hạn.
Tính nhất quán: Nếu tồn tại hai chuỗi Blockchain đã được xác định, thì một trong hai chuỗi 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 hiện tại
Hiện tại, một số giao thức nhận thức chung bất đồng bộ tồn tại nhiều phương thức tấn công tiềm ẩn, có thể phá hoại tính nhất quán và hoạt động của chúng. Ví dụ, các cuộc tấn công do thiếu kiểm tra xác thực, các cuộc tấn công cản trở hoạt động bằng cách tận dụng chiến lược nâng cao, cũng như các cuộc tấn công về tính nhất quán do làm lỏng định nghĩa xác thực lãnh đạo. Mặc dù một số giao thức đã giới thiệu các cơ chế mới, như việc chạy song song nhiều phiên bản song song, nhưng vẫn chưa hoàn toàn giải quyết được 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. Giao thức này thông qua việc đơn giản hóa và tối ưu hóa quá trình nhận thức chung, đã nâng cao hiệu suất một cách đáng kể. Cụ thể bao gồm hai biến thể:
2PAClean：
Đã đạt được +90% công suất xử lý và độ trễ dự kiến 9.5δ, độ phức tạp của thông điệp là O(n²).
Bằng cách loại bỏ các tương tác và chi phí tính toán không cần thiết, hiệu quả của giao thức đã được cải thiện.
2PACBIG：
Là giao thức nhận thức chung blockchain nhanh nhất hiện nay với độ phức tạp thông tin là O(n³).
Thời gian chạy MVBA một lần không bị lỗi là 4δ, giảm đáng kể độ trễ.
Siêu nhanh dòng chảy Khối
Các nhà nghiên cứu đã đề xuất một thiết kế khối ống mới, giảm đáng kể độ trễ của khối ống. Bằng cách giới thiệu cơ chế đường nhanh, dưới bộ lập lịch công bằng, thời gian quyết định của khối ống thậm chí còn nhỏ hơn cả khối không ống. Cơ chế này đảm bảo độ trễ của đường nhanh trong tất cả các thực thi và không bị ảnh hưởng bởi hành vi của các tiến trình gặp lỗi.
Kết quả định lượng
Thông qua phân tích lý thuyết và thử nghiệm thực tế, độ trễ kỳ vọng trong trường hợp tồi tệ nhất của 2PAClean là 9.5δ, trong khi trong trường hợp tốt (không có lỗi và bộ lập lịch một phần công bằng) là 6δ. So với đó, độ trễ kỳ vọng của sMVBA là 10δ, trong trường hợp tốt là 6δ. Do đó, 2PAClean đã giảm độ trễ trường hợp tồi tệ nhất xuống 0.5δ, trong khi vẫn giữ được 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%, chủ yếu nhờ vào việc thiết kế mới đã tránh được việc loại bỏ khối không cần thiết và chi phí tính toán.
2PACBIG như một giao thức có độ phức tạp thông báo là O(n³), thời gian chạy MVBA cho mỗi lần là 4δ, nhanh hơn tất cả các giao thức hiện có. Hơn nữa, thiết kế khối dòng siêu nhanh đã giúp s2PAClean và s2PACBIG đạt được thời gian quyết định khối dòng lần lượt là 4δ và 3δ, nâng cao hơn nữa hiệu suất của giao thức.
Đánh giá tính toán
Để xác minh hiệu suất của giao thức mới, các nhà nghiên cứu đã thực hiện đánh giá tính toán rộng rãi. Kết quả cho thấy, 2PAClean và 2PACBIG đều thể hiện hiệu suất xuất sắc trong các điều kiện mạng khác nhau, đặc biệt là trong môi trường có độ trễ cao và tỷ lệ lỗi cao. Cụ thể, 2PAClean đạt được sự cân bằng tốt giữa độ trễ thông điệp và độ phức tạp tính toán, trong khi 2PACBIG thì thông qua việc song song hóa và tối ưu hóa quy trình bỏ phiếu, đạt được độ trễ thấp hơn.
Hướng nghiên cứu tương lai
Với sự phát triển không ngừng của công nghệ Blockchain, giao thức nhận thức chung BFT bất đồng bộ sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong việc đảm bảo an ninh và nâng cao hiệu suất. Thiết kế 2PAC và khối dòng siêu nhanh thể hiện hướng phát triển của giao thức nhận thức chung Blockchain trong tương lai, tức là thông qua việc đơn giản hóa cấu trúc giao thức và tối ưu hóa quá trình nhận thức chung, đạt được thông lượng cao hơn và độ trễ thấp hơn.
Nghiên cứu trong tương lai có thể khám phá thêm một số hướng sau:
Giao thức tối ưu: Tiếp tục đơn giản hóa và tối ưu hóa cấu trúc giao thức, giảm thiểu việc 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 kịch bản tấn công khác nhau, đảm bảo tính đáng tin cậy của nó 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.
Thông qua việc nghiên cứu và tối ưu hóa liên tục, chúng tôi có lý do để tin rằng công nghệ Blockchain sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong nền kinh tế số của 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
Trang này có thể chứa nội dung của bên thứ ba, được cung cấp chỉ nhằm mục đích thông tin (không phải là tuyên bố/bảo đảm) và không được coi là sự chứng thực cho quan điểm của Gate hoặc là lời khuyên về tài chính hoặc chuyên môn. Xem Tuyên bố từ chối trách nhiệm để biết chi tiết.
14 thích
Phần thưởng
14
4
Chia sẻ
Bình luận
0/400
SchrodingerPrivateKey
· 08-03 12:29
Blockchain cũng đã bắt đầu nóng lên.
Xem bản gốcTrả lời0
PensionDestroyer
· 08-03 12:24
Không hiểu nhưng tôi biết rất tuyệt vời.
Xem bản gốcTrả lời0
CoffeeNFTs
· 08-03 12:15
Bit còn phải xem nhận thức chung nữa.
Xem bản gốcTrả lời0
AirdropBlackHole
· 08-03 12:08
Chạy nhiều giao thức nhận thức chung như vậy còn không bằng bơm ngay lập tức
Blockchain nhận thức chung mới: giao thức 2PAC đạt được thông lượng cao hơn và trễ thấp hơn
Những tiến triển và ứng dụng mới nhất của giao thức nhận thức chung Blockchain
Công nghệ Blockchain, như một công nghệ sổ cái phân tán phi tập trung, đảm bảo tính toàn vẹn và tính nhất quán của dữ liệu thông qua cơ chế nhận thức chung. Cơ chế nhận thức chung là cốt lõi của hệ thống Blockchain, hiệu suất của nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng mở rộng và tính bảo mật của Blockchain. Cơ chế nhận thức chung BFT (tolerance Byzantine fault) có những lợi thế độc đáo trong việc đối phó với độ trễ mạng và sự thất bại của một số nút, do đó trở thành trọng tâm của nghiên cứu.
Bài viết này khám phá tình trạng phát triển của giao thức nhận thức chung Blockchain, tập trung phân tích những tiến bộ mới nhất của giao thức sao chép trạng thái BFT SMR bất đồng bộ. Hiện tại, sMVBA được coi là giao thức MVBA bất đồng bộ nhanh nhất với độ trễ dự kiến là 10δ. Ngoài ra, bài viết còn đề xuất hai thiết kế giao thức mới, đó là 2PAC (nhận thức chung bất đồng bộ 2 giai đoạn) và khối siêu nhanh, cho thấy sự cải thiện đáng kể về thông lượng và độ trễ.
Mô hình và định nghĩa
Trong mô hình BFT bất đồng bộ, hệ thống bao gồm n = 3f + 1 tiến trình, trong đó f tiến trình có thể bị đối thủ phá hoại một cách ác ý. Các tiến trình này giao tiếp với nhau qua các kênh bất đồng bộ, thời gian truyền tin được kiểm soát bởi đối thủ. Mỗi tiến trình có một cặp khóa công khai và riêng tư để ký và xác thực, đảm bảo tính xác thực và toàn vẹn của tin nhắn.
Blockchain Nhận thức chung
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 Blockchain. Cụ thể, mỗi nút liên tục nhận các giao dịch mới và đóng gói chúng thành các khối, thông qua giao thức nhận thức chung đảm bảo rằng những khối này đạt được sự đồng thuận trên tất cả các nút trung thực. Giao thức nhận thức chung Blockchain cần phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:
Thách thức của giao thức nhận thức chung hiện tại
Hiện tại, một số giao thức nhận thức chung bất đồng bộ tồn tại nhiều phương thức tấn công tiềm ẩn, có thể phá hoại tính nhất quán và hoạt động của chúng. Ví dụ, các cuộc tấn công do thiếu kiểm tra xác thực, các cuộc tấn công cản trở hoạt động bằng cách tận dụng chiến lược nâng cao, cũng như các cuộc tấn công về tính nhất quán do làm lỏng định nghĩa xác thực lãnh đạo. Mặc dù một số giao thức đã giới thiệu các cơ chế mới, như việc chạy song song nhiều phiên bản song song, nhưng vẫn chưa hoàn toàn giải quyết được 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. Giao thức này thông qua việc đơn giản hóa và tối ưu hóa quá trình nhận thức chung, đã nâng cao hiệu suất một cách đáng kể. Cụ thể bao gồm hai biến thể:
2PAClean：
2PACBIG：
Siêu nhanh dòng chảy Khối
Các nhà nghiên cứu đã đề xuất một thiết kế khối ống mới, giảm đáng kể độ trễ của khối ống. Bằng cách giới thiệu cơ chế đường nhanh, dưới bộ lập lịch công bằng, thời gian quyết định của khối ống thậm chí còn nhỏ hơn cả khối không ống. Cơ chế này đảm bảo độ trễ của đường nhanh trong tất cả các thực thi và không bị ảnh hưởng bởi hành vi của các tiến trình gặp lỗi.
Kết quả định lượng
Thông qua phân tích lý thuyết và thử nghiệm thực tế, độ trễ kỳ vọng trong trường hợp tồi tệ nhất của 2PAClean là 9.5δ, trong khi trong trường hợp tốt (không có lỗi và bộ lập lịch một phần công bằng) là 6δ. So với đó, độ trễ kỳ vọng của sMVBA là 10δ, trong trường hợp tốt là 6δ. Do đó, 2PAClean đã giảm độ trễ trường hợp tồi tệ nhất xuống 0.5δ, trong khi vẫn giữ được 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%, chủ yếu nhờ vào việc thiết kế mới đã tránh được việc loại bỏ khối không cần thiết và chi phí tính toán.
2PACBIG như một giao thức có độ phức tạp thông báo là O(n³), thời gian chạy MVBA cho mỗi lần là 4δ, nhanh hơn tất cả các giao thức hiện có. Hơn nữa, thiết kế khối dòng siêu nhanh đã giúp s2PAClean và s2PACBIG đạt được thời gian quyết định khối dòng lần lượt là 4δ và 3δ, nâng cao hơn nữa hiệu suất của giao thức.
Đánh giá tính toán
Để xác minh hiệu suất của giao thức mới, các nhà nghiên cứu đã thực hiện đánh giá tính toán rộng rãi. Kết quả cho thấy, 2PAClean và 2PACBIG đều thể hiện hiệu suất xuất sắc trong các điều kiện mạng khác nhau, đặc biệt là trong môi trường có độ trễ cao và tỷ lệ lỗi cao. Cụ thể, 2PAClean đạt được sự cân bằng tốt giữa độ trễ thông điệp và độ phức tạp tính toán, trong khi 2PACBIG thì thông qua việc song song hóa và tối ưu hóa quy trình bỏ phiếu, đạt được độ trễ thấp hơn.
Hướng nghiên cứu tương lai
Với sự phát triển không ngừng của công nghệ Blockchain, giao thức nhận thức chung BFT bất đồng bộ sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong việc đảm bảo an ninh và nâng cao hiệu suất. Thiết kế 2PAC và khối dòng siêu nhanh thể hiện hướng phát triển của giao thức nhận thức chung Blockchain trong tương lai, tức là thông qua việc đơn giản hóa cấu trúc giao thức và tối ưu hóa quá trình nhận thức chung, đạt được thông lượng cao hơn và độ trễ thấp hơn.
Nghiên cứu trong tương lai có thể khám phá thêm một số hướng sau:
Thông qua việc nghiên cứu và tối ưu hóa liên tục, chúng tôi có lý do để tin rằng công nghệ Blockchain sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong nền kinh tế số của 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.