Blokzincir Konsensüs Protokolünün En Son Gelişmeleri ve Uygulamaları

Blockchain teknolojisi, merkeziyetsiz dağıtılmış defter teknolojisinin bir temsilcisi olarak, çekirdeğinde uzlaşma mekanizmasını barındırmaktadır. Uzlaşma mekanizmasının performansı, blockchain sisteminin ölçeklenebilirliği ve güvenliği üzerinde doğrudan etkiye sahiptir. Son zamanlarda, asenkron Bizans hata toleransı (BFT) uzlaşma mekanizması, ağ gecikmeleri ve düğüm arızalarıyla başa çıkmadaki avantajları nedeniyle araştırma odak noktası haline gelmiştir.

Bu makale, blok zinciri konsensüs protokollerinin gelişim durumunu derinlemesine inceleyecek ve asenkron Bizans hata toleransı durum makinesi kopyalama (BFT SMR) protokolünün en son ilerlemelerini analiz edecektir. Şu anda, sMVBA protokolü 10δ beklenen gecikme ile en hızlı asenkron MVBA protokolü olmuştur. Ayrıca, bu tasarımlar hem verimlilik hem de gecikme açısından önemli iyileştirmeler gösteren 2PAC (2 aşamalı asenkron konsensüs) ve ultra hızlı boru hattı blokları gibi iki yeni protokol tasarımını tanıtacağız.

Blokzincir Konsensüs Temeli

Asenkron BFT modelinde, sistem n = 3f + 1 süreçten oluşur; burada f süreç kötü niyetli olarak bozulabilir. Süreçler arasında asenkron kanallar üzerinden iletişim sağlanır ve mesaj iletim gecikmeleri tahmin edilemez. Her bir sürecin, mesajların doğruluğunu ve bütünlüğünü sağlamak için imzalama ve doğrulama amacıyla kullanılan bir açık-özel anahtar çifti vardır.

Blok zinciri mutabakat protokolünün amacı, tüm dürüst düğümlerin blok zinciri durumu üzerinde anlaşmaya varmasını sağlamaktır. Ana gereksinimler şunlardır:

1. Aktiflik: Sonsuz yürütme içinde, belirlenmiş sonsuz uzunlukta bir blok zinciri vardır.
2. Tutarlılık: Herhangi iki belirlenmiş blok zincirinden biri, diğerinin ön eki olmalıdır.
3. P kalitesi: Blockchain'de, dürüst düğümlerin girdiği işlemlerin oranının en az p olması kararlaştırılmıştır.

Mevcut Asenkron Konsensüs Protokollerinin Zorlukları

2-chain VABA protokolü, 9.5δ beklenen gecikme ile en hızlı asenkron konsensüs protokolü olarak düşünülmüştü, ancak araştırmalar, çeşitli güvenlik açıkları barındırdığını ortaya koymuştur;

1. Sertifika kontrol eksikliğinden kaynaklanan saldırılar
2. Aktiviteyi engelleyen yükseltme stratejilerini kullanmak
3. Liderlik sertifikası tanımını genişletmenin neden olduğu tutarlılık saldırısı

Bu sorunlar, protokolün güvenilirliğini ve verimliliğini ciddi şekilde etkiliyor.

Yeni Protokol Tasarımı: 2PAC

Mevcut protokollerin eksikliklerini çözmek için, araştırmacılar 2PAC protokolünü önerdi ve iki varyantını içermektedir:

2PAClean

• %90 üzerinden verimlilik ve 9.5δ beklenen gecikme
• Mesaj karmaşıklığı O(n²)
• Konsensüs sürecini optimize ederek verimliliği artırmak

2PACBIG

• Mesaj karmaşıklığı O(n³) en hızlı blok zinciri konsensüs protokolü
• Sorunsuz tek seferdeki MVBA çalışma süresi yalnızca 4δ

Süper Hızlı Akış Hattı Blok

Bu yenilikçi tasarım, akış hattı bloklarının gecikmesini önemli ölçüde azaltmaktadır. Adil zamanlayıcı altında, akış hattı bloklarının karar verme süresi, hatta akış hattı olmayan bloklardan daha kısa olabilir. Bu mekanizma, çeşitli yürütme ortamlarında hızlı yolların gecikmesini garanti eder ve arızalı süreçlerden etkilenmez.

Performans Değerlendirmesi

Teorik analiz ve pratik testler şunu göstermektedir:

• 2PAClean: En kötü durumda beklentiler 9.5δ, iyi durumda 6δ
• sMVBA: Beklenen gecikme 10δ, iyi durumda 6δ
• 2PAClean throughput'u zincir bazlı sMVBA'dan %80-%100 daha yüksek
• 2PACBIG tek MVBA çalışma süresi 4δ, mevcut tüm protokollerden önde.
• s2PAClean ve s2PACBIG akış hattı blok karar süreleri sırasıyla 4δ ve 3δ'dir.

Hesaplama değerlendirmeleri, 2PAClean ve 2PACBIG'in çeşitli ağ koşullarında mükemmel performans gösterdiğini, özellikle yüksek gecikme ve yüksek hata oranı ortamlarında daha da avantajlı olduğunu göstermektedir.

Gelecek Araştırma Yönleri

1. Protokol optimizasyonu: Yapıyı daha da basitleştirerek, mesaj iletimini ve hesaplama yükünü azaltma.
2. Güvenlik Analizi: Yeni protokolün çeşitli saldırı senaryolarındaki güvenliğini derinlemesine incelemek
3. Gerçek Uygulama: Yeni protokolü gerçek bir blok zinciri sistemine uygulamak, gerçek ağ ortamı performansını doğrulamak

Sonuç

Bu çalışma, mevcut asenkron blockchain konsensüs protokollerinin avantaj ve dezavantajlarını detaylı bir şekilde analiz etmiş ve 2PAC ile süper hızlı boru hattı blokları olmak üzere iki yeni protokol tasarımı önermiştir. Bu yeni tasarımlar, verimliliği artırma ve gecikmeyi azaltma konusunda önemli avantajlar göstermekte, gelecekteki blockchain teknolojisi gelişimi için önemli bir referans sunmaktadır. Araştırmalar derinleştikçe ve teknoloji optimize edildikçe, yeni nesil konsensüs protokolleri, blockchain teknolojisinin dijital ekonomideki uygulamaları için sağlam bir temel oluşturacaktır.