ブロックチェーンコンセンサスプロトコルの最新の進展と応用

ブロックチェーン技術は、分散型の非中央集権的な台帳の核心として、コンセンサス機構がシステムのスケーラビリティとセキュリティに直接影響を与えます。本稿では、非同期ビザンチン耐障害状態機械複製（BFT SMR）プロトコルの最新の進展を重点的に探討し、現在のプロトコルが直面している課題を分析し、2つの新しいプロトコル設計を紹介します。

現在の非同期コンセンサスプロトコルの概要

現在、sMVBAは最速の非同期MVBAプロトコルで、期待遅延は10δです。かつて最速と考えられていた2-chain VABAプロトコル（期待遅延9.5δ）は、いくつかのセキュリティの脆弱性が存在するため、その主張された性能を実現できませんでした。これらの脆弱性には、認証チェックの欠如、活性に対する利用促進戦略の影響、一貫性問題を引き起こすリーダー認証定義の緩和などが含まれます。

! 業界調査レポート:ブロックチェーンコンセンサスプロトコルの最新の進歩と応用

新プロトコル設計：2PAC（2段階非同期コンセンサス）

既存のプロトコルの問題を解決するために、研究者は2PACプロトコルを提案し、2つのバリエーションを含んでいます：

1. 2PACleanの:

   • スループットが90%向上し、期待遅延は9.5δ
   • メッセージの複雑度O(n²)
   • コンセンサスプロセスを最適化して効率を向上させる

2. 2パックビッグ:

   • 現在最速のO(n³)メッセージ複雑度ブロックチェーンコンセンサスプロトコル
   • 無故障の場合、単一のMVBAの実行時間はわずか4δです。

超高速なパイプラインブロック

研究者は、意思決定遅延を大幅に削減する新しいパイプラインブロック設計を提案しました。このメカニズムは、フェアスケジューラーの下で、パイプラインブロックの意思決定時間が非パイプラインブロックよりも短くなる可能性がある高速パスを導入します。この設計は、さまざまな実行環境において、高速パスの遅延を保証し、故障プロセスの影響を受けません。

パフォーマンス評価

理論分析と実際のテストは示しています：

• 2PAClean：最悪のケースで9.5δの遅延が予想され、良好なケースで6δ
• sMVBA:予想される遅延は10δ、良いケースは6δ
• 2PACleanのスループットは、チェーン式sMVBAに比べて80%-100%向上します。
• 2PACBIGの単回MVBA実行時間は4δで、すべての既存のプロトコルを上回ります
• s2PACleanとs2PACBIGのパイプラインブロック決定時間はそれぞれ4δと3δです。

計算評価は、2PACleanと2PACBIGがさまざまなネットワーク条件で優れたパフォーマンスを示すことを明らかにしており、特に高遅延および高故障率の環境で顕著です。2PACleanはメッセージ伝達の遅延と計算の複雑さの間でバランスを取っており、2PACBIGは並列化と投票プロセスの最適化により、より低い遅延を実現しています。

! 業界調査レポート:ブロックチェーンコンセンサスプロトコルの最新の進歩と応用

今後の研究の方向性

1. プロトコルがさらに最適化され、メッセージの送信と計算のオーバーヘッドが削減されます
2. 新しいプロトコルのさまざまな攻撃シナリオにおけるセキュリティの詳細分析
3. 新しいプロトコルを実際のブロックチェーンシステムに適用し、実際のネットワーク環境の性能を検証する

研究が進むにつれて、新しい世代のコンセンサスプロトコルは、デジタル経済におけるブロックチェーン技術の応用により堅固な基盤を提供します。これらの革新は、理論的に優位性を証明するだけでなく、実際のテストでも卓越した性能を示し、高効率で安全なブロックチェーンコンセンサスプロトコルの新たな道を切り開いています。