Cadre Shoal : Comment Goutte la latence de Bullshark sur Aptos

Aperçu

Aptos Labs a résolu deux problèmes ouverts importants dans le DAG BFT, réduisant considérablement la latence, et a éliminé pour la première fois le besoin de délais dans les protocoles de consensus déterministes. Dans l'ensemble, Shoal a amélioré la latence de Bullshark de 40 % en cas de fonctionnement normal et de 80 % en cas de défaillance.

Shoal est un cadre qui améliore le protocole de consensus basé sur Narwhal ( à travers des pipelines et la réputation des leaders, comme DAG-Rider, Tusk, Bullshark ). Le pipeline réduit la latence de tri du DAG en introduisant un point d'ancrage à chaque tour, tandis que la réputation des leaders améliore encore le problème de latence en s'assurant que les points d'ancrage sont associés aux nœuds de validation les plus rapides. De plus, la réputation des leaders permet à Shoal d'exploiter la construction de DAG asynchrone pour éliminer les délais dans tous les scénarios. Cela permet à Shoal d'offrir des propriétés de réponse universelle, contenant généralement la réponse optimiste requise.

La technologie de Shoal est très simple, impliquant l'exécution séquentielle de plusieurs instances du protocole sous-jacent. Lors de l'instanciation de Bullshark, nous obtenons un groupe de "requins" participant à une course de relais.

Contexte et motivation

Ces dernières années, l'amélioration des performances des réseaux blockchain s'est principalement concentrée sur la Goutte de la complexité de communication, mais n'a pas entraîné d'amélioration significative du débit. Ce n'est que lorsque le système Narwhal a séparé la propagation des données de la logique de consensus centrale, proposant une architecture où tous les validateurs propagent les données simultanément, que le composant de consensus ne commande qu'une petite quantité de métadonnées. Cela a permis d'atteindre un débit de 160 000 TPS.

Cependant, les protocoles de consensus basés sur les leaders comme Hotstuff/Jolteon ne peuvent pas tirer pleinement parti du potentiel de débit de Narwhal. Ainsi, Aptos a décidé de déployer Bullshark, un protocole de consensus sans frais de communication, au-dessus du DAG Narwhal. Cependant, la structure DAG de Bullshark entraîne également un coût de latence de 50 %.

Shoal vise à Goutte la latence de Bullshark. Il introduit des points d'ancrage à chaque tour grâce à une technologie de pipeline et utilise un mécanisme de réputation des leaders pour favoriser le choix de leaders rapides.

Cadre Shoal

Shoal a amélioré Bullshark grâce à la technologie de pipeline, permettant à chaque round d'avoir un point d'ancrage, réduisant la latence de tous les sommets non ancrés dans le DAG à trois rounds. Il a également introduit un mécanisme de réputation des leaders sans frais, favorisant le choix de leaders rapides.

L'idée fondamentale de Shoal est de combiner plusieurs instances de Bullshark en séquence pour un traitement en pipeline, en utilisant le premier point d'ancrage ordonné comme point de commutation des instances, et en utilisant l'historique causal du point d'ancrage pour calculer la réputation du leader.

Cela permet à Shoal de commander un point d'ancrage par tour dans les meilleures conditions. Le mécanisme de réputation du leader favorise la sélection des leaders ayant un score élevé en recalculant la correspondance entre les tours et les leaders.

Éliminer le dépassement de temps

Shoal utilise le "chronomètre de vitesse du réseau" fourni par le DAG, éliminant ainsi le besoin de latence. Tant qu'il y a suffisamment de validateurs honnêtes pour continuer à ajouter des sommets au DAG, les tours continueront d'avancer. Combiné avec un mécanisme de réputation des leaders, cela peut fonctionner à la vitesse du réseau dans tous les scénarios pratiques.

Réactivité universelle

Shoal offre de meilleures propriétés de réponse universelle que la réponse optimiste. Même en cas d'échec du leader ou d'asynchronisme du réseau, Shoal peut continuer à fonctionner pendant un certain nombre de tours à la vitesse du réseau. Cela fournit une garantie de progression strictement meilleure pendant les périodes asynchrones et en cas de défaillance du leader.

Résultats de l'évaluation

L'évaluation montre que Shoal a considérablement amélioré la latence de Bullshark :

• En cas de fonctionnement sans défaut, Shoal a réduit la latence d'environ 40%
• Dans le cas de 50 nœuds de validation et 16 échecs, la latence de Shoal est inférieure de 65 % à celle du Bullshark de référence.
• Shoal peut être étendu à davantage de nœuds de validation et atteindre un débit plus élevé.

Dans l'ensemble, Shoal a considérablement amélioré les performances des protocoles de consensus basés sur DAG grâce à une technologie simple et efficace, offrant de nouvelles possibilités pour le développement de blockchains haute performance.