Kemajuan dan Aplikasi Terbaru dari Protokol Konsensus Blockchain
Teknologi blockchain sebagai teknologi buku besar terdistribusi yang terdesentralisasi, memastikan integritas dan konsistensi data melalui mekanisme konsensus. Mekanisme konsensus adalah inti dari sistem blockchain, kinerjanya secara langsung mempengaruhi skalabilitas dan keamanan blockchain. Mekanisme konsensus Byzantine Fault Tolerance (BFT) memiliki keunggulan unik dalam menghadapi keterlambatan jaringan dan kegagalan sebagian node, sehingga menjadi fokus penelitian.
Laporan ini mengeksplorasi keadaan perkembangan protokol konsensus blockchain, dengan fokus pada analisis kemajuan terbaru dari protokol replikasi mesin status toleran kesalahan Bizantium asinkron (BFT SMR). Protokol asinkron tercepat saat ini adalah 2-chain VABA, dengan latensi yang diharapkan sebesar 9.5δ. Namun, karena adanya kerentanan, protokol ini gagal mencapai kinerja yang diharapkan. Oleh karena itu, sMVBA menjadi protokol MVBA asinkron tercepat saat ini, dengan latensi yang diharapkan sebesar 10δ. Laporan ini juga mengusulkan dua desain protokol baru, yaitu 2PAC (konsensus asinkron 2 tahap) dan blok pipeline super cepat, yang menunjukkan perbaikan signifikan dalam throughput dan latensi.
Model dan Definisi
Dalam model BFT asinkron, sistem terdiri dari n = 3f + 1 proses, di mana f proses mungkin dirusak secara jahat. Proses-proses ini berkomunikasi satu sama lain melalui saluran asinkron, dan keterlambatan pengiriman pesan tidak dapat dikendalikan. Setiap proses memiliki sepasang kunci publik dan privat untuk penandatanganan dan verifikasi, memastikan keaslian dan integritas pesan.
Blockchain Konsensus
Protokol konsensus Blockchain bertujuan untuk membuat semua node yang jujur mencapai kesepakatan tentang status Blockchain. Setiap node terus menerima transaksi baru, mengemasnya menjadi Blok, dan memastikan bahwa Blok tersebut mencapai kesepakatan di semua node yang jujur melalui protokol konsensus. Protokol konsensus Blockchain harus memenuhi beberapa persyaratan dasar berikut:
Aktivitas: Dalam eksekusi tak terbatas, terdapat satu blockchain yang telah ditentukan dan tidak terbatas panjangnya.
Konsistensi: Jika ada dua Blockchain yang telah diputuskan, maka salah satunya harus menjadi awalan dari yang lain.
Kualitas P: Dalam blockchain yang telah ditentukan, proporsi transaksi yang dimasukkan oleh node yang jujur setidaknya adalah p.
Tantangan Protokol Konsensus Asinkron Saat Ini
Meskipun VABA protokol 2-chain memiliki penundaan yang diperkirakan sebesar 9.5δ, terdapat berbagai jenis serangan yang merusak konsensus dan aktivasi. Sebagai contoh, serangan yang disebabkan oleh kurangnya pemeriksaan sertifikasi, serangan yang menghalangi aktivasi dengan memanfaatkan strategi penguatan, serta serangan konsensus akibat pelonggaran definisi sertifikasi pemimpin, dan sebagainya. Meskipun protokol ini memperkenalkan beberapa mekanisme baru, seperti menjalankan beberapa instansi paralel secara bersamaan, masih belum sepenuhnya menyelesaikan masalah ini.
Desain Protokol Baru: 2PAC (Konsensus Asinkron Tahap 2)
Berdasarkan analisis terhadap protokol yang ada, peneliti mengusulkan protokol 2PAC. Protokol ini secara signifikan meningkatkan kinerja dengan menyederhanakan dan mengoptimalkan proses konsensus. Secara spesifik, termasuk dua varian:
2PAClean：
Mencapai +90% throughput dan 9.5δ latensi yang diharapkan, kompleksitas pesan adalah O(n²).
Meningkatkan efisiensi protokol dengan menghilangkan interaksi dan beban perhitungan yang tidak perlu.
2PACBIG：
Merupakan protokol konsensus blockchain tercepat dengan kompleksitas pesan saat ini O(n³).
Waktu operasi MVBA tunggal tanpa kesalahan adalah 4δ, yang secara signifikan mengurangi latensi.
Jalur Aliran Blok Super Cepat
Para peneliti mengusulkan desain blok pipa baru yang secara signifikan mengurangi latensi blok pipa. Dengan memperkenalkan mekanisme jalur cepat, waktu keputusan blok pipa bahkan lebih kecil dibandingkan dengan blok non-pipa di bawah penjadwal yang adil. Mekanisme ini dapat menjamin latensi jalur cepat dalam semua eksekusi dan tidak terpengaruh oleh perilaku proses yang gagal.
Hasil Kuantitatif
Melalui analisis teoretis dan pengujian praktis, 2PAClean memiliki perkiraan latensi terburuk sebesar 9.5δ, sedangkan dalam kondisi baik (tanpa kegagalan dan penjadwal setengah adil) adalah 6δ. Sebagai perbandingan, perkiraan latensi sMVBA adalah 10δ, dengan kondisi baik sebesar 6δ. Oleh karena itu, 2PAClean mengurangi latensi terburuk sebesar 0.5δ sambil mempertahankan latensi dalam kondisi baik yang sama. Selain itu, throughput 2PAClean meningkat 80% hingga 100% dibandingkan dengan sMVBA berbasis rantai, yang terutama disebabkan oleh penghindaran pembuangan blok yang tidak perlu dan biaya komputasi dalam desain baru.
2PACBIG sebagai protokol dengan kompleksitas pesan O(n³), memiliki waktu operasi MVBA tunggal sebesar 4δ, yang lebih cepat dibandingkan semua protokol yang ada. Selain itu, desain blok pipeline super cepat memungkinkan s2PAClean dan s2PACBIG untuk masing-masing mencapai waktu keputusan blok pipeline sebesar 4δ dan 3δ, yang lebih lanjut meningkatkan kinerja protokol.
Penilaian Perhitungan
Untuk memverifikasi kinerja protokol baru, para peneliti melakukan evaluasi komputasi yang luas. Hasilnya menunjukkan bahwa 2PAClean dan 2PACBIG menunjukkan kinerja yang unggul dalam berbagai kondisi jaringan, terutama dalam lingkungan dengan latensi tinggi dan tingkat kegagalan yang tinggi. Secara spesifik, 2PAClean mencapai keseimbangan yang baik antara latensi pengiriman pesan dan kompleksitas komputasi, sementara 2PACBIG mencapai latensi yang lebih rendah melalui paralelisasi dan optimisasi proses pemungutan suara.
Arah Penelitian Masa Depan
Optimasi protokol: lebih lanjut menyederhanakan dan mengoptimalkan struktur protokol, mengurangi pengiriman pesan dan beban perhitungan yang tidak perlu.
Analisis keamanan: Menganalisis secara mendalam keamanan protokol baru dalam berbagai skenario serangan untuk memastikan keandalannya dalam aplikasi nyata.
Aplikasi nyata: Menerapkan protokol baru ke dalam sistem Blockchain yang nyata, untuk memverifikasi kinerjanya di lingkungan jaringan yang sebenarnya.
Seiring dengan perkembangan teknologi Blockchain yang terus-menerus, protokol konsensus BFT asinkron akan memainkan peran yang semakin penting dalam menjaga keamanan dan meningkatkan kinerja. Desain 2PAC dan blok jalur cepat super menunjukkan arah pengembangan protokol konsensus Blockchain di masa depan, yaitu dengan menyederhanakan struktur protokol dan mengoptimalkan proses konsensus untuk mencapai throughput yang lebih tinggi dan latensi yang lebih rendah.
Protokol-protokol baru ini tidak hanya membuktikan keunggulannya secara teoritis, tetapi juga menunjukkan kinerja yang luar biasa dalam pengujian praktis, memberikan pemikiran baru untuk mencapai protokol konsensus Blockchain yang efisien dan aman. Melalui penelitian dan optimalisasi yang terus menerus, teknologi Blockchain akan memainkan peran yang semakin penting dalam ekonomi digital di masa depan, sementara generasi baru protokol konsensus akan memberikan dasar yang kokoh untuk perkembangan teknologi ini.
Lihat Asli
Halaman ini mungkin berisi konten pihak ketiga, yang disediakan untuk tujuan informasi saja (bukan pernyataan/jaminan) dan tidak boleh dianggap sebagai dukungan terhadap pandangannya oleh Gate, atau sebagai nasihat keuangan atau profesional. Lihat Penafian untuk detailnya.
Inovasi Protokol 2PAC: Blockchain Konsensus mencapai latensi 9.5δ dan peningkatan throughput 90%
Kemajuan dan Aplikasi Terbaru dari Protokol Konsensus Blockchain
Teknologi blockchain sebagai teknologi buku besar terdistribusi yang terdesentralisasi, memastikan integritas dan konsistensi data melalui mekanisme konsensus. Mekanisme konsensus adalah inti dari sistem blockchain, kinerjanya secara langsung mempengaruhi skalabilitas dan keamanan blockchain. Mekanisme konsensus Byzantine Fault Tolerance (BFT) memiliki keunggulan unik dalam menghadapi keterlambatan jaringan dan kegagalan sebagian node, sehingga menjadi fokus penelitian.
Laporan ini mengeksplorasi keadaan perkembangan protokol konsensus blockchain, dengan fokus pada analisis kemajuan terbaru dari protokol replikasi mesin status toleran kesalahan Bizantium asinkron (BFT SMR). Protokol asinkron tercepat saat ini adalah 2-chain VABA, dengan latensi yang diharapkan sebesar 9.5δ. Namun, karena adanya kerentanan, protokol ini gagal mencapai kinerja yang diharapkan. Oleh karena itu, sMVBA menjadi protokol MVBA asinkron tercepat saat ini, dengan latensi yang diharapkan sebesar 10δ. Laporan ini juga mengusulkan dua desain protokol baru, yaitu 2PAC (konsensus asinkron 2 tahap) dan blok pipeline super cepat, yang menunjukkan perbaikan signifikan dalam throughput dan latensi.
Model dan Definisi
Dalam model BFT asinkron, sistem terdiri dari n = 3f + 1 proses, di mana f proses mungkin dirusak secara jahat. Proses-proses ini berkomunikasi satu sama lain melalui saluran asinkron, dan keterlambatan pengiriman pesan tidak dapat dikendalikan. Setiap proses memiliki sepasang kunci publik dan privat untuk penandatanganan dan verifikasi, memastikan keaslian dan integritas pesan.
Blockchain Konsensus
Protokol konsensus Blockchain bertujuan untuk membuat semua node yang jujur mencapai kesepakatan tentang status Blockchain. Setiap node terus menerima transaksi baru, mengemasnya menjadi Blok, dan memastikan bahwa Blok tersebut mencapai kesepakatan di semua node yang jujur melalui protokol konsensus. Protokol konsensus Blockchain harus memenuhi beberapa persyaratan dasar berikut:
Tantangan Protokol Konsensus Asinkron Saat Ini
Meskipun VABA protokol 2-chain memiliki penundaan yang diperkirakan sebesar 9.5δ, terdapat berbagai jenis serangan yang merusak konsensus dan aktivasi. Sebagai contoh, serangan yang disebabkan oleh kurangnya pemeriksaan sertifikasi, serangan yang menghalangi aktivasi dengan memanfaatkan strategi penguatan, serta serangan konsensus akibat pelonggaran definisi sertifikasi pemimpin, dan sebagainya. Meskipun protokol ini memperkenalkan beberapa mekanisme baru, seperti menjalankan beberapa instansi paralel secara bersamaan, masih belum sepenuhnya menyelesaikan masalah ini.
Desain Protokol Baru: 2PAC (Konsensus Asinkron Tahap 2)
Berdasarkan analisis terhadap protokol yang ada, peneliti mengusulkan protokol 2PAC. Protokol ini secara signifikan meningkatkan kinerja dengan menyederhanakan dan mengoptimalkan proses konsensus. Secara spesifik, termasuk dua varian:
2PAClean：
2PACBIG：
Jalur Aliran Blok Super Cepat
Para peneliti mengusulkan desain blok pipa baru yang secara signifikan mengurangi latensi blok pipa. Dengan memperkenalkan mekanisme jalur cepat, waktu keputusan blok pipa bahkan lebih kecil dibandingkan dengan blok non-pipa di bawah penjadwal yang adil. Mekanisme ini dapat menjamin latensi jalur cepat dalam semua eksekusi dan tidak terpengaruh oleh perilaku proses yang gagal.
Hasil Kuantitatif
Melalui analisis teoretis dan pengujian praktis, 2PAClean memiliki perkiraan latensi terburuk sebesar 9.5δ, sedangkan dalam kondisi baik (tanpa kegagalan dan penjadwal setengah adil) adalah 6δ. Sebagai perbandingan, perkiraan latensi sMVBA adalah 10δ, dengan kondisi baik sebesar 6δ. Oleh karena itu, 2PAClean mengurangi latensi terburuk sebesar 0.5δ sambil mempertahankan latensi dalam kondisi baik yang sama. Selain itu, throughput 2PAClean meningkat 80% hingga 100% dibandingkan dengan sMVBA berbasis rantai, yang terutama disebabkan oleh penghindaran pembuangan blok yang tidak perlu dan biaya komputasi dalam desain baru.
2PACBIG sebagai protokol dengan kompleksitas pesan O(n³), memiliki waktu operasi MVBA tunggal sebesar 4δ, yang lebih cepat dibandingkan semua protokol yang ada. Selain itu, desain blok pipeline super cepat memungkinkan s2PAClean dan s2PACBIG untuk masing-masing mencapai waktu keputusan blok pipeline sebesar 4δ dan 3δ, yang lebih lanjut meningkatkan kinerja protokol.
Penilaian Perhitungan
Untuk memverifikasi kinerja protokol baru, para peneliti melakukan evaluasi komputasi yang luas. Hasilnya menunjukkan bahwa 2PAClean dan 2PACBIG menunjukkan kinerja yang unggul dalam berbagai kondisi jaringan, terutama dalam lingkungan dengan latensi tinggi dan tingkat kegagalan yang tinggi. Secara spesifik, 2PAClean mencapai keseimbangan yang baik antara latensi pengiriman pesan dan kompleksitas komputasi, sementara 2PACBIG mencapai latensi yang lebih rendah melalui paralelisasi dan optimisasi proses pemungutan suara.
Arah Penelitian Masa Depan
Seiring dengan perkembangan teknologi Blockchain yang terus-menerus, protokol konsensus BFT asinkron akan memainkan peran yang semakin penting dalam menjaga keamanan dan meningkatkan kinerja. Desain 2PAC dan blok jalur cepat super menunjukkan arah pengembangan protokol konsensus Blockchain di masa depan, yaitu dengan menyederhanakan struktur protokol dan mengoptimalkan proses konsensus untuk mencapai throughput yang lebih tinggi dan latensi yang lebih rendah.
Protokol-protokol baru ini tidak hanya membuktikan keunggulannya secara teoritis, tetapi juga menunjukkan kinerja yang luar biasa dalam pengujian praktis, memberikan pemikiran baru untuk mencapai protokol konsensus Blockchain yang efisien dan aman. Melalui penelitian dan optimalisasi yang terus menerus, teknologi Blockchain akan memainkan peran yang semakin penting dalam ekonomi digital di masa depan, sementara generasi baru protokol konsensus akan memberikan dasar yang kokoh untuk perkembangan teknologi ini.