Blok Zinciri Konsensüs protokolü Araştırması: Asenkron BFT'nin Yeni Gelişmeleri

Blok Zinciri teknolojisi, merkeziyetsiz dağıtık defter teknolojisi olarak, esasen konsensüs mekanizmasına dayanır. Konsensüs mekanizmasının performansı, blok zincirinin ölçeklenebilirliği ve güvenliğini doğrudan etkiler. Son zamanlarda, ağ gecikmeleri ve düğüm arızalarıyla başa çıkmadaki avantajları nedeniyle asenkron Bizans hata toleransı (BFT) konsensüs mekanizması araştırma odak noktası haline geldi.

Bu çalışma, Blok Zinciri konsensüs protokollerinin en son gelişmelerini araştırmakta ve asenkron Bizans hata toleransı durum makinesi kopyalaması (BFT SMR) protokolündeki ilerlemeleri analiz etmektedir. Şu anda, sMVBA en hızlı asenkron MVBA protokolüdür ve beklenen gecikme 10δ'dir. Araştırma ayrıca iki yeni protokol tasarımı önermektedir: 2PAC (2 aşamalı asenkron konsensüs) ve süper hızlı boru hattı blok, bu yeni tasarımlar verimlilik ve gecikme açısından önemli iyileştirmeler göstermektedir.

Asenkron BFT modelinde, sistem n = 3f + 1 süreçten oluşur; burada f süreç kötü niyetli olarak bozulabilir. Süreçler arasında asenkron kanallar aracılığıyla iletişim sağlanır ve mesaj iletim gecikmesi kontrol edilemez. Her süreç, mesajların doğruluğunu ve bütünlüğünü sağlamak için bir açık anahtar-özel anahtar çifti bulundurur.

Blok Zinciri konsensüs protokolünün hedefi, tüm dürüst düğümlerin blok zinciri durumu üzerinde uzlaşmasını sağlamaktır. Bu, aktiflik, tutarlılık ve P kalitesi gibi temel gereksinimleri karşılamalıdır. Ancak, mevcut en hızlı asenkron konsensüs protokolü 2-chain VABA'nın tutarlılığını ve aktifliğini etkileyen çeşitli potansiyel saldırılar bulunmaktadır.

Mevcut protokollerin analizi temelinde, 2PAC protokolü önerilmiştir; bu protokol 2PAClean ve 2PACBIG adında iki varyant içermektedir. 2PAClean, %90'dan fazla bir throughput ve 9.5δ beklenen gecikme sağlarken, mesaj karmaşıklığı O(n²)'dir. 2PACBIG, şu anda mesaj karmaşıklığı O(n³) olan en hızlı blok zinciri konsensüs protokolüdür ve hatasız durumda tek bir MVBA çalıştırma süresi sadece 4δ'dir.

Ayrıca, araştırma ultra hızlı boru hattı blok tasarımını önerdi ve boru hattı bloklarının gecikmesini önemli ölçüde azalttı. Adil zamanlayıcı altında, boru hattı bloklarının karar verme süresi, boru hattı olmayan bloklardan bile daha kısa olabilir.

Teorik analiz ve pratik testler aracılığıyla, 2PAClean'in en kötü durumda beklenen gecikmesi 9.5δ, iyi durumda ise 6δ'dir. Buna karşılık, sMVBA'nın beklenen gecikmesi 10δ, iyi durumda ise 6δ'dir. 2PAClean'in verimliliği, zincirli sMVBA'ya göre %80 ile %100 arasında artmıştır. 2PACBIG'in tek seferlik MVBA çalışma süresi 4δ olup, mevcut protokollerden daha hızlıdır. Süper hızlı boru hattı blok tasarımı, s2PAClean ve s2PACBIG'in sırasıyla 4δ ve 3δ'lik boru hattı blok karar sürelerini gerçekleştirmesini sağlamıştır.

Hesaplama değerlendirmeleri, 2PAClean ve 2PACBIG'in çeşitli ağ koşullarında mükemmel performans gösterdiğini, özellikle yüksek gecikme ve yüksek hata oranı ortamlarında. 2PAClean, mesajlaşma gecikmesi ve hesaplama karmaşıklığı arasında iyi bir denge sağlarken, 2PACBIG daha düşük gecikme elde etmek için paralelleştirme ve oy verme sürecini optimize ederek başarılı oluyor.

Gelecek araştırma yönleri şunları içermektedir: Protokol yapısını daha da optimize etmek, mesaj iletimi ve hesaplama maliyetlerini azaltmak; yeni protokolün çeşitli saldırı senaryolarındaki güvenliğini derinlemesine analiz etmek; yeni protokolü gerçek blok zinciri sistemlerinde uygulamak ve gerçek ağ ortamındaki performansını doğrulamak.

Bu yeni protokoller, verimli ve güvenli Blok Zinciri konsensüs mekanizmaları sağlamak için yeni yaklaşımlar sunuyor ve Blok Zinciri teknolojisinin gelecekteki dijital ekonomide daha önemli bir rol oynamasını umuyor. Araştırmaların derinleşmesi ve optimizasyonun devam etmesiyle, yeni nesil konsensüs protokolleri Blok Zinciri teknolojisinin gelişimi için sağlam bir temel oluşturacak.