Những tiến bộ và ứng dụng mới nhất của giao thức đồng thuận blockchain

Công nghệ blockchain, đại diện cho công nghệ sổ cái phân tán phi tập trung, có cốt lõi là cơ chế đồng thuận. Hiệu suất của cơ chế đồng thuận ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng mở rộng và an ninh của hệ thống blockchain. Gần đây, cơ chế đồng thuận Byzantine Fault Tolerance (BFT) đã trở thành tâm điểm nghiên cứu nhờ vào những lợi thế của nó trong việc đối phó với độ trễ mạng và sự cố nút.

Bài viết này sẽ khám phá sâu về tình hình phát triển của các giao thức đồng thuận blockchain, tập trung phân tích những tiến bộ mới nhất của giao thức sao chép trạng thái Byzantine fault-tolerant (BFT SMR) bất đồng bộ. Hiện tại, giao thức sMVBA với độ trễ kỳ vọng 10δ đã trở thành giao thức MVBA bất đồng bộ nhanh nhất. Chúng tôi cũng sẽ giới thiệu hai thiết kế giao thức mới: 2PAC (đồng thuận bất đồng bộ 2 giai đoạn) và khối siêu nhanh dòng, những thiết kế này đã thể hiện sự cải thiện đáng kể về thông lượng và độ trễ.

Cơ sở đồng thuận blockchain

Trong mô hình BFT bất đồng bộ, hệ thống bao gồm n = 3f + 1 tiến trình, trong đó f tiến trình có thể bị tấn công độc hại. Các tiến trình giao tiếp qua các kênh bất đồng bộ, độ trễ truyền tin không thể đoán trước. Mỗi tiến trình có một cặp khóa công khai và riêng tư, được sử dụng để ký và xác thực, đảm bảo tính xác thực và toàn vẹn của tin nhắn.

Mục tiêu của giao thức đồng thuận blockchain là làm cho tất cả các nút trung thực đạt được sự nhất quán về trạng thái của blockchain. Các yêu cầu chính bao gồm:

1. Hoạt tính: Trong việc thực hiện vô hạn, tồn tại một chuỗi khối đã được quyết định dài vô hạn.
2. Tính nhất quán: Bất kỳ hai chuỗi khối đã được xác định nào, một trong số đó phải là tiền tố của chuỗi khối còn lại.
3. Chất lượng P: Đã quyết định rằng trong blockchain, tỷ lệ giao dịch do các nút trung thực nhập vào ít nhất là p.

Những thách thức của giao thức đồng thuận bất đồng bộ hiện tại

Mặc dù giao thức VABA 2-chain từng được coi là giao thức đồng thuận bất đồng bộ nhanh nhất, với độ trễ dự kiến là 9.5δ, nhưng nghiên cứu đã phát hiện ra rằng nó tồn tại nhiều lỗ hổng bảo mật, bao gồm:

1. Cuộc tấn công do thiếu kiểm tra chứng nhận
2. Sử dụng chiến lược nâng cao để ngăn chặn các cuộc tấn công vào hoạt động
3. Mở rộng định nghĩa chứng nhận lãnh đạo gây ra tấn công nhất quán

Những vấn đề này đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ tin cậy và hiệu quả của giao thức.

Thiết kế giao thức mới: 2PAC

Để giải quyết các thiếu sót của giao thức hiện tại, các nhà nghiên cứu đã đề xuất giao thức 2PAC, bao gồm hai biến thể:

2PAClean

• Đạt được +90% thông lượng và độ trễ kỳ vọng 9.5δ
• Độ phức tạp của thông điệp là O(n²)
• Tăng cường hiệu quả thông qua việc tối ưu hóa quy trình đồng thuận

2PACBIG

• Độ phức tạp thông điệp là O(n³) của giao thức đồng thuận blockchain nhanh nhất
• Thời gian chạy MVBA một lần không có lỗi chỉ là 4δ

Dòng chảy blockchain siêu nhanh

Thiết kế đổi mới này đã giảm đáng kể độ trễ của các khối đường ống. Dưới bộ lịch công bằng, thời gian quyết định của các khối đường ống thậm chí có thể nhỏ hơn các khối không phải đường ống. Cơ chế này đảm bảo độ trễ của đường dẫn nhanh trong nhiều môi trường thực thi khác nhau, không bị ảnh hưởng bởi các tiến trình lỗi.

Đánh giá hiệu suất

Phân tích lý thuyết và thử nghiệm thực tế cho thấy:

• 2PAClean: Dự đoán tình huống xấu nhất sẽ bị trì hoãn 9.5δ, tình huống tốt sẽ là 6δ
• sMVBA: Dự kiến trì hoãn 10δ, tình huống tốt 6δ
• 2PAClean có năng suất cao hơn sMVBA chuỗi từ 80%-100%
• Thời gian chạy một lần MVBA 2PACBIG là 4δ, dẫn đầu tất cả các giao thức hiện có.
• Thời gian quyết định khối dòng chảy của s2PAClean và s2PACBIG lần lượt là 4δ và 3δ

Đánh giá tính toán cho thấy, 2PAClean và 2PACBIG hoạt động xuất sắc trong nhiều điều kiện mạng, đặc biệt là trong môi trường có độ trễ cao và tỷ lệ lỗi cao.

Hướng nghiên cứu tương lai

1. Tối ưu hóa giao thức: Đơn giản hóa cấu trúc hơn nữa, giảm thiểu chi phí truyền tin và tính toán.
2. Phân tích độ an toàn: Nghiên cứu sâu về độ an toàn của giao thức mới trong các tình huống tấn công khác nhau.
3. 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.

Kết luận

Nghiên cứu này phân tích chi tiết những ưu điểm và nhược điểm của các giao thức đồng thuận blockchain bất đồng bộ hiện tại, đề xuất hai thiết kế giao thức mới là 2PAC và blockchain dòng siêu nhanh. Những thiết kế mới này thể hiện lợi thế đáng kể trong việc tăng cường thông lượng và giảm độ trễ, cung cấp tài liệu tham khảo quan trọng cho sự phát triển công nghệ blockchain trong tương lai. Với sự sâu sắc của nghiên cứu và tối ưu hóa công nghệ, các giao thức đồng thuận thế hệ mới sẽ đặt nền tảng vững chắc cho việc áp dụng công nghệ blockchain trong nền kinh tế số.