Kerangka Shoal: Bagaimana Drop latensi Bullshark di Aptos

Ringkasan

Aptos Labs telah menyelesaikan dua masalah terbuka penting dalam DAG BFT, secara signifikan menurunkan latensi, dan untuk pertama kalinya menghilangkan kebutuhan akan timeout dalam protokol konsensus deterministik. Secara keseluruhan, Shoal telah meningkatkan latensi Bullshark sebesar 40% dalam kondisi tanpa kesalahan, dan 80% dalam kondisi dengan kesalahan.

Shoal adalah sebuah protokol konsensus berbasis Narwhal yang ditingkatkan melalui jalur aliran dan reputasi pemimpin ( seperti kerangka DAG-Rider, Tusk, Bullshark ). Jalur aliran mengurangi latensi pengurutan DAG dengan memperkenalkan sebuah titik jangkar di setiap putaran, sementara reputasi pemimpin lebih lanjut memperbaiki masalah latensi dengan memastikan titik jangkar terkait dengan node verifikasi tercepat. Selain itu, reputasi pemimpin memungkinkan Shoal memanfaatkan pembangunan DAG asinkron untuk menghilangkan waktu habis di semua skenario. Ini memungkinkan Shoal untuk memberikan sifat respons universal, yang mencakup respons optimis yang biasanya dibutuhkan.

Teknologi Shoal sangat sederhana, melibatkan menjalankan beberapa instance protokol dasar secara berurutan satu per satu. Ketika diinstansiasi dengan Bullshark, kami mendapatkan sekelompok "ikan hiu" yang sedang berlari dalam estafet.

Latar Belakang dan Motivasi

Dalam beberapa tahun terakhir, peningkatan kinerja jaringan blockchain terutama berfokus pada Drop kompleksitas komunikasi, tetapi tidak menghasilkan peningkatan throughput yang signifikan. Sampai sistem Narwhal memisahkan penyebaran data dari logika konsensus inti, mengusulkan arsitektur di mana semua validator menyebarkan data secara bersamaan, dan komponen konsensus hanya mengurutkan sejumlah kecil metadata. Ini membuat throughput mencapai 160.000 TPS.

Namun, protokol konsensus berbasis pemimpin seperti Hotstuff/Jolteon tidak dapat memanfaatkan potensi throughput Narwhal secara maksimal. Oleh karena itu, Aptos memutuskan untuk menerapkan Bullshark di atas Narwhal DAG, sebuah protokol konsensus dengan nol biaya komunikasi. Namun, struktur DAG Bullshark juga membawa biaya latensi sebesar 50%.

Shoal bertujuan untuk secara signifikan Drop latensi Bullshark. Ini memperkenalkan titik jangkar di setiap putaran melalui teknologi jalur, dan menggunakan mekanisme reputasi pemimpin untuk memihak pemilihan pemimpin yang cepat.

Kerangka Shoal

Shoal meningkatkan Bullshark melalui teknologi jalur aliran, memungkinkan setiap putaran memiliki satu titik jangkar, mengurangi latensi semua titik vertice non-jangkar di DAG menjadi tiga putaran. Ini juga memperkenalkan mekanisme reputasi pemimpin tanpa biaya, yang membuat pemilihan condong kepada pemimpin yang cepat.

Inti dari Shoal adalah menggabungkan beberapa instance Bullshark secara berurutan untuk pemrosesan pipeline, menggunakan titik jangkar terurut pertama sebagai titik peralihan instance, dan menggunakan sejarah kausal dari titik jangkar untuk menghitung reputasi pemimpin.

Ini memungkinkan Shoal untuk memesan satu titik jangkar per putaran dalam keadaan terbaik. Mekanisme reputasi pemimpin kemudian memilih untuk memilih pemimpin yang memiliki skor tinggi dengan menghitung ulang pemetaan putaran ke pemimpin.

Menghilangkan Waktu Habis

Shoal menggunakan DAG untuk membangun "jam kecepatan jaringan" yang disediakan, menghilangkan kebutuhan akan timeout. Selama ada cukup banyak validator yang jujur untuk terus menambahkan simpul ke DAG, putaran akan terus maju. Dengan menggabungkan mekanisme reputasi pemimpin, dapat berjalan dengan kecepatan jaringan dalam semua skenario praktis.

Responsivitas Umum

Shoal menyediakan atribut respons umum yang lebih baik dibandingkan respons optimis. Bahkan dalam kasus kegagalan pemimpin atau jaringan yang asinkron, Shoal dapat terus berjalan untuk sejumlah putaran dengan kecepatan jaringan. Ini memberikan jaminan kemajuan yang secara ketat lebih baik selama periode asinkron dan saat terjadi kegagalan pemimpin.

Hasil Evaluasi

Evaluasi menunjukkan, Shoal secara signifikan mengurangi latensi Bullshark:

• Dalam kondisi tanpa gangguan, Shoal telah menurunkan latensi sekitar 40%
• Dalam kasus 50 node validasi dan 16 kegagalan, latensi Shoal 65% lebih rendah dibandingkan dengan Bullshark sebagai acuan.
• Shoal dapat diperluas ke lebih banyak node validasi, dan mencapai throughput yang lebih tinggi

Secara keseluruhan, Shoal telah secara signifikan meningkatkan kinerja protokol konsensus berbasis DAG melalui teknologi yang sederhana dan efektif, memberikan kemungkinan baru untuk pengembangan blockchain berkinerja tinggi.