Perkembangan dan Aplikasi Terbaru Protokol Konsensus Blockchain

Teknologi blockchain sebagai perwakilan dari teknologi buku besar terdistribusi terdesentralisasi, inti dari teknologi ini terletak pada mekanisme konsensus. Kinerja mekanisme konsensus secara langsung mempengaruhi skalabilitas dan keamanan sistem blockchain. Laporan ini berfokus pada perkembangan terbaru dari protokol replikasi mesin keadaan toleran Byzantine asinkron (BFT SMR) dan mengusulkan dua desain protokol inovatif.

Ringkasan Model BFT Asinkron

Dalam model BFT asinkron, sistem terdiri dari 3f+1 proses, di mana f proses mungkin dihancurkan secara jahat. Proses-proses berkomunikasi melalui saluran asinkron, dengan latensi pengiriman pesan yang tidak dapat diprediksi. Setiap proses memiliki pasangan kunci publik dan kunci privat untuk memastikan keaslian dan integritas pesan.

Persyaratan Dasar Protokol Konsensus Blockchain

Protokol konsensus blockchain perlu memenuhi beberapa persyaratan kunci berikut:

1. Aktivitas: Dalam eksekusi tanpa batas, terdapat satu blockchain yang telah ditentukan yang sangat panjang.
2. Konsistensi: Jika terdapat dua Blockchain yang telah ditentukan, salah satunya harus menjadi prefiks dari yang lainnya.
3. Kualitas P: Telah diputuskan bahwa dalam Blockchain, proporsi transaksi yang dimasukkan oleh node yang jujur setidaknya adalah p.

Tantangan Protokol Konsensus Asinkron yang Ada

Saat ini, sMVBA adalah protokol MVBA asinkron tercepat, dengan latensi yang diharapkan sebesar 10δ. Protokol 2-chain VABA yang sebelumnya dianggap tercepat (mengklaim latensi sebesar 9.5δ) memiliki berbagai kerentanan keamanan, termasuk:

• Serangan yang disebabkan oleh kurangnya pemeriksaan sertifikasi
• Memanfaatkan strategi peningkatan untuk menghalangi serangan aktivitas
• Masalah konsistensi yang muncul akibat pelonggaran definisi sertifikasi pemimpin

Desain Protokol Baru: 2PAC (Konsensus Asinkron 2 Tahap)

Berdasarkan analisis terhadap protokol yang ada, kami mengusulkan dua varian protokol 2PAC:

2PAClean

• Mencapai +90% throughput dan 9.5δ latensi yang diharapkan
• Kompleksitas pesan adalah O(n²)
• Dengan mengoptimalkan proses konsensus, efisiensi secara signifikan meningkat.

2PACBIG

• Saat ini kompleksitas pesan adalah O(n³) protokol konsensus blockchain tercepat
• Dalam kondisi tanpa kesalahan, waktu operasi MVBA sekali hanya 4δ

Jalur Blok Super Cepat

Kami juga mengusulkan desain blok aliran inovatif yang secara signifikan mengurangi keterlambatan keputusan:

• Memperkenalkan mekanisme jalur cepat, di bawah penjadwal yang adil, waktu pengambilan keputusan blok pipeline bahkan kurang dari blok non-pipeline
• Semua eksekusi dapat menjamin keterlambatan jalur cepat, tidak terpengaruh oleh proses yang gagal.

Evaluasi Kinerja

Melalui analisis teoretis dan pengujian praktis, protokol baru menunjukkan keunggulan yang signifikan:

• 2PAClean: ekspektasi keterlambatan dalam kasus terburuk 9.5δ, dalam kasus baik 6δ
• 2PACBIG: Waktu eksekusi MVBA tunggal 4δ, lebih unggul dari semua protokol yang ada.
• Desain jalur cepat super: s2PAClean dan s2PACBIG masing-masing mencapai waktu keputusan blok 4δ dan 3δ.

Hasil Evaluasi Perhitungan

Evaluasi komputasi yang luas menunjukkan bahwa 2PAClean dan 2PACBIG menunjukkan kinerja yang sangat baik di berbagai kondisi jaringan:

• 2PAClean mencapai keseimbangan yang baik antara keterlambatan pengiriman pesan dan kompleksitas perhitungan
• 2PACBIG mencapai latensi yang lebih rendah melalui paralelisasi dan optimasi proses pemungutan suara

Arah Penelitian Masa Depan

1. Lebih lanjut menyederhanakan dan mengoptimalkan struktur protokol
2. Analisis mendalam tentang keamanan protokol baru di berbagai skenario serangan
3. Menerapkan protokol baru pada sistem Blockchain nyata, untuk memverifikasi kinerja lingkungan jaringan yang sebenarnya.

Kesimpulan

2PAC dan desain blok jalur cepat menunjukkan arah pengembangan masa depan protokol konsensus blockchain. Dengan menyederhanakan struktur protokol dan mengoptimalkan proses konsensus, protokol baru ini menunjukkan keunggulan yang signifikan dalam meningkatkan throughput dan mengurangi latensi. Seiring dengan penelitian yang mendalam dan peningkatan teknologi yang terus menerus, generasi baru protokol konsensus akan meletakkan dasar yang kokoh untuk aplikasi luas teknologi blockchain dalam ekonomi digital.