Estrutura Shoal: como Gota a latência do Bullshark na Aptos

Visão Geral

Aptos Labs resolveu dois importantes problemas abertos no DAG BFT, reduzindo significativamente a latência e eliminando pela primeira vez a necessidade de tempos limite em protocolos de consenso determinísticos. No geral, o Shoal melhorou a latência do Bullshark em 40% em situações sem falhas e em 80% em situações de falha.

Shoal é um protocolo de consenso baseado em Narwhal que é aprimorado por meio de pipeline e reputação do líder (, como o framework DAG-Rider, Tusk, Bullshark ). O pipeline reduz a latência de ordenação do DAG ao introduzir um ponto de ancoragem a cada rodada, e a reputação do líder melhora ainda mais o problema de latência ao garantir que o ponto de ancoragem esteja associado ao nó de validação mais rápido. Além disso, a reputação do líder permite que o Shoal aproveite a construção de DAG assíncrono para eliminar timeouts em todos os cenários. Isso permite que o Shoal forneça propriedades de resposta universal, que incluem a resposta otimista normalmente necessária.

A tecnologia do Shoal é muito simples, envolvendo a execução sequencial de várias instâncias do protocolo subjacente. Quando instanciamos o Bullshark, obtemos um grupo de "tubarões" que estão em uma corrida de revezamento.

Contexto e Motivação

Nos últimos anos, a melhoria do desempenho das redes blockchain tem-se concentrado na Gota da complexidade de comunicação, mas não trouxe um aumento significativo na taxa de transferência. Até que o sistema Narwhal separou a propagação de dados da lógica de consenso central, propondo uma arquitetura onde todos os validadores propagam dados simultaneamente, e o componente de consenso apenas ordena uma pequena quantidade de metadados. Isso fez com que a taxa de transferência atingisse 160.000 TPS.

No entanto, protocolos de consenso baseados em líderes, como Hotstuff/Jolteon, não conseguem aproveitar plenamente o potencial de throughput do Narwhal. Portanto, a Aptos decidiu implantar o Bullshark sobre o DAG do Narwhal, um protocolo de consenso com custo de comunicação zero. No entanto, a estrutura DAG do Bullshark também trouxe um custo de latência de 50%.

Shoal visa Gota significativamente a latência do Bullshark. Ele introduz âncoras em cada rodada através de tecnologia de pipeline e usa um mecanismo de reputação de líderes para favorecer a escolha de líderes rápidos.

Estrutura Shoal

Shoal melhorou o Bullshark através da tecnologia de pipeline, permitindo que haja um ponto de ancoragem em cada rodada, reduzindo a latência de todos os vértices não ancorados no DAG para três rodadas. Também introduziu um mecanismo de reputação de líder sem custos, que favorece a seleção de líderes rápidos.

A ideia central do Shoal é combinar sequencialmente várias instâncias de Bullshark para processamento em pipeline, usando o primeiro ponto âncora ordenado como ponto de troca da instância, e utilizando a história causal do ponto âncora para calcular a reputação do líder.

Isso permite que o Shoal possa encomendar um ponto de ancoragem por rodada na melhor das hipóteses. O mecanismo de reputação do líder, por sua vez, tende a escolher líderes com pontuação alta ao recalcular o mapeamento das rodadas para o líder.

Eliminar prazo de expiração

Shoal utiliza o "relógio de velocidade da rede" fornecido pelo DAG, eliminando a necessidade de tempo limite. Desde que haja suficientes validadores honestos a continuar a adicionar vértices ao DAG, as rondas continuarão a avançar. Combinando isso com o mecanismo de reputação dos líderes, é possível operar a velocidades de rede em todos os cenários práticos.

Resposta Geral

Shoal oferece propriedades de resposta universal melhores do que a resposta otimista. Mesmo em caso de falha do líder ou de rede assíncrona, Shoal pode continuar a funcionar a certa velocidade da rede por várias rodadas. Isso fornece garantias de progresso rigorosamente melhores durante períodos assíncronos e falhas do líder.

Resultados da Avaliação

A avaliação mostra que o Shoal melhorou significativamente a latência do Bullshark:

• Em condições sem falhas, o Shoal reduziu a latência em cerca de 40%
• Com 50 nós de validação e 16 falhas, a latência do Shoal é 65% inferior à do Bullshark de referência.
• Shoal pode ser expandido para mais nós de validação, alcançando maior throughput.

De um modo geral, o Shoal melhorou significativamente o desempenho do protocolo de consenso baseado em DAG através de uma tecnologia simples e eficaz, oferecendo novas possibilidades para o desenvolvimento de blockchains de alto desempenho.