Laporan ini menyelidiki secara mendalam perkembangan terkini dari protokol konsensus blockchain, dengan fokus pada analisis kemajuan terbaru dari protokol Asynchronous Byzantine Fault Tolerant State Machine Replication (BFT SMR). Saat ini, sMVBA dianggap sebagai protokol MVBA asinkron tercepat, dengan latensi yang diharapkan sebesar 10δ. Laporan ini juga mengusulkan dua desain protokol baru, yaitu 2PAC (Konsensus Asinkron 2 Tahap) dan blok pipeline super cepat, yang menunjukkan peningkatan signifikan dalam hal throughput dan latensi.
Teknologi Blockchain sebagai jenis teknologi buku besar terdistribusi yang terdesentralisasi, memastikan integritas dan konsistensi data melalui mekanisme konsensus. Mekanisme konsensus adalah inti dari sistem blockchain, kinerjanya secara langsung mempengaruhi skalabilitas dan keamanan blockchain. Mekanisme konsensus Byzantine Fault Tolerance (BFT) memiliki keunggulan unik dalam menghadapi latensi jaringan dan kegagalan sebagian node, sehingga menjadi fokus penelitian.
Model dan Definisi
Dalam model BFT asinkron, sistem terdiri dari n = 3f + 1 proses, di mana f proses mungkin dirusak secara jahat oleh lawan. Proses-proses ini saling berkomunikasi melalui saluran asinkron, dan penundaan pengiriman pesan dikendalikan oleh lawan. Setiap proses memiliki sepasang kunci publik dan privat untuk tanda tangan dan verifikasi, memastikan keaslian dan integritas pesan.
Blockchain Konsensus
Protokol konsensus blockchain bertujuan untuk membuat semua node yang jujur mencapai kesepakatan mengenai status blockchain. Secara spesifik, setiap node terus-menerus menerima transaksi baru dan mengemasnya menjadi blok, memastikan bahwa blok-blok ini mencapai kesepakatan di semua node yang jujur melalui protokol konsensus. Protokol konsensus blockchain harus memenuhi beberapa persyaratan dasar berikut:
Aktivitas (Liveness): Dalam eksekusi tak terbatas, ada sebuah blockchain yang sudah diputuskan dan memiliki panjang tak terbatas.
Konsistensi: Jika terdapat dua blockchain yang telah diputuskan, maka salah satu harus menjadi awalan dari yang lainnya.
P-Quality (P-Kualitas): Dalam blockchain yang telah ditentukan, proporsi transaksi yang dimasukkan oleh node jujur harus minimal p.
Tantangan Protokol Konsensus Asinkron Saat Ini
Saat ini, protokol konsensus asinkron menghadapi tantangan dari berbagai jenis serangan, yang dapat merusak konsistensi dan aktivitas protokol. Misalnya, serangan yang disebabkan oleh kurangnya pemeriksaan otentikasi, serangan yang menggunakan strategi peningkatan untuk menghalangi aktivitas, serta serangan konsistensi yang disebabkan oleh pelonggaran definisi otentikasi pemimpin. Meskipun beberapa protokol telah memperkenalkan mekanisme baru, seperti menjalankan beberapa instansi paralel secara bersamaan, masalah ini masih belum sepenuhnya teratasi.
Desain Protokol Baru: 2PAC (Konsensus Asinkron Tahap 2)
Berdasarkan analisis terhadap protokol yang ada, peneliti mengusulkan protokol 2PAC. Protokol ini secara signifikan meningkatkan kinerja dengan menyederhanakan dan mengoptimalkan proses konsensus. Secara spesifik, termasuk dua varian:
2PAClean:
Mencapai lebih dari 90% throughput dan 9.5δ latensi yang diharapkan, kompleksitas pesan adalah O(n²).
Meningkatkan efisiensi protokol dengan menghilangkan interaksi dan biaya komputasi yang tidak perlu.
2PACBIG：
Merupakan protokol konsensus Blockchain tercepat dengan kompleksitas pesan saat ini O(n³).
Waktu operasi MVBA tunggal tanpa kesalahan adalah 4δ, yang secara signifikan mengurangi latensi.
Jalur Blok Super Cepat
Para peneliti telah mengusulkan desain blok aliran baru yang secara signifikan mengurangi latensi blok aliran. Dengan memperkenalkan mekanisme jalur cepat, waktu keputusan blok aliran bahkan lebih kecil dibandingkan dengan blok non-aliran di bawah penjadwalan yang adil. Mekanisme ini dapat menjamin latensi jalur cepat dalam semua eksekusi dan tidak terpengaruh oleh perilaku proses yang gagal.
Hasil Kuantitatif
Melalui analisis teori dan pengujian praktis, ekspektasi keterlambatan terburuk 2PAClean adalah 9.5δ, sedangkan dalam kondisi baik (tanpa kegagalan dan penjadwal setengah adil) adalah 6δ. Sebagai perbandingan, ekspektasi keterlambatan sMVBA adalah 10δ, dalam kondisi baik adalah 6δ. Dengan demikian, 2PAClean telah mengurangi keterlambatan terburuk sebesar 0.5δ sambil mempertahankan keterlambatan dalam kondisi baik yang sama. Selain itu, throughput 2PAClean meningkat 80% hingga 100% dibandingkan dengan sMVBA berbasis rantai, terutama disebabkan oleh desain baru yang menghindari pembuangan blok dan beban komputasi yang tidak perlu.
2PACBIG sebagai protokol dengan kompleksitas pesan O(n³), memiliki waktu operasi MVBA tunggal sebesar 4δ, yang lebih cepat daripada semua protokol yang ada. Selain itu, desain blok alur super cepat memungkinkan s2PAClean dan s2PACBIG mencapai waktu pengambilan keputusan blok alur masing-masing sebesar 4δ dan 3δ, yang lebih lanjut meningkatkan kinerja protokol.
Evaluasi Perhitungan
Untuk memverifikasi kinerja protokol baru, para peneliti melakukan evaluasi perhitungan yang luas. Hasilnya menunjukkan bahwa 2PAClean dan 2PACBIG menunjukkan kinerja yang luar biasa di berbagai kondisi jaringan, terutama dalam lingkungan dengan latensi tinggi dan tingkat kegagalan yang tinggi. Secara spesifik, 2PAClean mencapai keseimbangan yang baik antara latensi pengiriman pesan dan kompleksitas perhitungan, sementara 2PACBIG mencapai latensi yang lebih rendah melalui paralelisasi dan pengoptimalan proses pemungutan suara.
Seiring dengan perkembangan teknologi blockchain yang terus menerus, protokol konsensus BFT asinkron akan memainkan peran yang semakin penting dalam menjamin keamanan dan meningkatkan kinerja. Desain 2PAC dan blok jalur cepat super menunjukkan arah pengembangan protokol konsensus blockchain di masa depan, yaitu dengan menyederhanakan struktur protokol dan mengoptimalkan proses konsensus, untuk mencapai throughput yang lebih tinggi dan latensi yang lebih rendah.
Arah Penelitian Masa Depan
Optimasi protokol: menyederhanakan dan mengoptimalkan struktur protokol lebih lanjut, mengurangi pengiriman pesan yang tidak perlu dan biaya komputasi.
Analisis Keamanan: Menganalisis secara mendalam keamanan protokol baru dalam berbagai skenario serangan, memastikan keandalannya dalam aplikasi praktis.
Aplikasi nyata: Menerapkan protokol baru ke dalam sistem Blockchain yang sebenarnya, untuk memverifikasi kinerjanya dalam lingkungan jaringan yang nyata.
Laporan ini menganalisis secara rinci kelebihan dan kekurangan dari protokol konsensus blockchain asinkron saat ini, dan mengajukan dua desain protokol baru, yaitu 2PAC dan blok aliran super cepat. Desain baru ini menunjukkan keuntungan yang signifikan dalam meningkatkan throughput dan mengurangi latensi, memberikan referensi penting untuk pengembangan teknologi blockchain di masa depan. Protokol baru ini tidak hanya membuktikan keunggulannya secara teoretis, tetapi juga menunjukkan kinerja yang luar biasa dalam pengujian praktis, memberikan pemikiran baru untuk mewujudkan protokol konsensus blockchain yang efisien dan aman.
Melalui penelitian dan optimasi yang terus-menerus, teknologi Blockchain akan memainkan peran yang semakin penting dalam ekonomi digital di masa depan, sementara protokol konsensus generasi baru akan memberikan dasar yang kokoh untuk pengembangan teknologi ini.
Lihat Asli
Halaman ini mungkin berisi konten pihak ketiga, yang disediakan untuk tujuan informasi saja (bukan pernyataan/jaminan) dan tidak boleh dianggap sebagai dukungan terhadap pandangannya oleh Gate, atau sebagai nasihat keuangan atau profesional. Lihat Penafian untuk detailnya.
Terobosan baru dalam Konsensus BFT asinkron: Protokol 2PAC secara signifikan meningkatkan kinerja Blockchain
Laporan Penelitian Kemajuan Terbaru Protokol Konsensus Blockchain
Laporan ini menyelidiki secara mendalam perkembangan terkini dari protokol konsensus blockchain, dengan fokus pada analisis kemajuan terbaru dari protokol Asynchronous Byzantine Fault Tolerant State Machine Replication (BFT SMR). Saat ini, sMVBA dianggap sebagai protokol MVBA asinkron tercepat, dengan latensi yang diharapkan sebesar 10δ. Laporan ini juga mengusulkan dua desain protokol baru, yaitu 2PAC (Konsensus Asinkron 2 Tahap) dan blok pipeline super cepat, yang menunjukkan peningkatan signifikan dalam hal throughput dan latensi.
Teknologi Blockchain sebagai jenis teknologi buku besar terdistribusi yang terdesentralisasi, memastikan integritas dan konsistensi data melalui mekanisme konsensus. Mekanisme konsensus adalah inti dari sistem blockchain, kinerjanya secara langsung mempengaruhi skalabilitas dan keamanan blockchain. Mekanisme konsensus Byzantine Fault Tolerance (BFT) memiliki keunggulan unik dalam menghadapi latensi jaringan dan kegagalan sebagian node, sehingga menjadi fokus penelitian.
Model dan Definisi
Dalam model BFT asinkron, sistem terdiri dari n = 3f + 1 proses, di mana f proses mungkin dirusak secara jahat oleh lawan. Proses-proses ini saling berkomunikasi melalui saluran asinkron, dan penundaan pengiriman pesan dikendalikan oleh lawan. Setiap proses memiliki sepasang kunci publik dan privat untuk tanda tangan dan verifikasi, memastikan keaslian dan integritas pesan.
Blockchain Konsensus
Protokol konsensus blockchain bertujuan untuk membuat semua node yang jujur mencapai kesepakatan mengenai status blockchain. Secara spesifik, setiap node terus-menerus menerima transaksi baru dan mengemasnya menjadi blok, memastikan bahwa blok-blok ini mencapai kesepakatan di semua node yang jujur melalui protokol konsensus. Protokol konsensus blockchain harus memenuhi beberapa persyaratan dasar berikut:
Tantangan Protokol Konsensus Asinkron Saat Ini
Saat ini, protokol konsensus asinkron menghadapi tantangan dari berbagai jenis serangan, yang dapat merusak konsistensi dan aktivitas protokol. Misalnya, serangan yang disebabkan oleh kurangnya pemeriksaan otentikasi, serangan yang menggunakan strategi peningkatan untuk menghalangi aktivitas, serta serangan konsistensi yang disebabkan oleh pelonggaran definisi otentikasi pemimpin. Meskipun beberapa protokol telah memperkenalkan mekanisme baru, seperti menjalankan beberapa instansi paralel secara bersamaan, masalah ini masih belum sepenuhnya teratasi.
Desain Protokol Baru: 2PAC (Konsensus Asinkron Tahap 2)
Berdasarkan analisis terhadap protokol yang ada, peneliti mengusulkan protokol 2PAC. Protokol ini secara signifikan meningkatkan kinerja dengan menyederhanakan dan mengoptimalkan proses konsensus. Secara spesifik, termasuk dua varian:
2PAClean:
2PACBIG：
Jalur Blok Super Cepat
Para peneliti telah mengusulkan desain blok aliran baru yang secara signifikan mengurangi latensi blok aliran. Dengan memperkenalkan mekanisme jalur cepat, waktu keputusan blok aliran bahkan lebih kecil dibandingkan dengan blok non-aliran di bawah penjadwalan yang adil. Mekanisme ini dapat menjamin latensi jalur cepat dalam semua eksekusi dan tidak terpengaruh oleh perilaku proses yang gagal.
Hasil Kuantitatif
Melalui analisis teori dan pengujian praktis, ekspektasi keterlambatan terburuk 2PAClean adalah 9.5δ, sedangkan dalam kondisi baik (tanpa kegagalan dan penjadwal setengah adil) adalah 6δ. Sebagai perbandingan, ekspektasi keterlambatan sMVBA adalah 10δ, dalam kondisi baik adalah 6δ. Dengan demikian, 2PAClean telah mengurangi keterlambatan terburuk sebesar 0.5δ sambil mempertahankan keterlambatan dalam kondisi baik yang sama. Selain itu, throughput 2PAClean meningkat 80% hingga 100% dibandingkan dengan sMVBA berbasis rantai, terutama disebabkan oleh desain baru yang menghindari pembuangan blok dan beban komputasi yang tidak perlu.
2PACBIG sebagai protokol dengan kompleksitas pesan O(n³), memiliki waktu operasi MVBA tunggal sebesar 4δ, yang lebih cepat daripada semua protokol yang ada. Selain itu, desain blok alur super cepat memungkinkan s2PAClean dan s2PACBIG mencapai waktu pengambilan keputusan blok alur masing-masing sebesar 4δ dan 3δ, yang lebih lanjut meningkatkan kinerja protokol.
Evaluasi Perhitungan
Untuk memverifikasi kinerja protokol baru, para peneliti melakukan evaluasi perhitungan yang luas. Hasilnya menunjukkan bahwa 2PAClean dan 2PACBIG menunjukkan kinerja yang luar biasa di berbagai kondisi jaringan, terutama dalam lingkungan dengan latensi tinggi dan tingkat kegagalan yang tinggi. Secara spesifik, 2PAClean mencapai keseimbangan yang baik antara latensi pengiriman pesan dan kompleksitas perhitungan, sementara 2PACBIG mencapai latensi yang lebih rendah melalui paralelisasi dan pengoptimalan proses pemungutan suara.
Seiring dengan perkembangan teknologi blockchain yang terus menerus, protokol konsensus BFT asinkron akan memainkan peran yang semakin penting dalam menjamin keamanan dan meningkatkan kinerja. Desain 2PAC dan blok jalur cepat super menunjukkan arah pengembangan protokol konsensus blockchain di masa depan, yaitu dengan menyederhanakan struktur protokol dan mengoptimalkan proses konsensus, untuk mencapai throughput yang lebih tinggi dan latensi yang lebih rendah.
Arah Penelitian Masa Depan
Laporan ini menganalisis secara rinci kelebihan dan kekurangan dari protokol konsensus blockchain asinkron saat ini, dan mengajukan dua desain protokol baru, yaitu 2PAC dan blok aliran super cepat. Desain baru ini menunjukkan keuntungan yang signifikan dalam meningkatkan throughput dan mengurangi latensi, memberikan referensi penting untuk pengembangan teknologi blockchain di masa depan. Protokol baru ini tidak hanya membuktikan keunggulannya secara teoretis, tetapi juga menunjukkan kinerja yang luar biasa dalam pengujian praktis, memberikan pemikiran baru untuk mewujudkan protokol konsensus blockchain yang efisien dan aman.
Melalui penelitian dan optimasi yang terus-menerus, teknologi Blockchain akan memainkan peran yang semakin penting dalam ekonomi digital di masa depan, sementara protokol konsensus generasi baru akan memberikan dasar yang kokoh untuk pengembangan teknologi ini.