Shoal фрейм: як знизити затримку Bullshark на Aptos

Огляд

Aptos Labs вирішила дві важливі відкриті проблеми в DAG BFT, суттєво знизивши затримку та вперше усунувши необхідність тайм-ауту в детерміністських консенсусних протоколах. В цілому, Shoal покращила затримку Bullshark на 40% у безвідмовному режимі та на 80% у випадку збоїв.

Shoal є механізмом, що покращує основний протокол консенсусу на базі Narwhal ( через конвеєр та репутацію лідера, такі як DAG-Rider, Tusk, Bullshark ). Конвеєр зменшує затримку сортування DAG, вводячи якорь на кожному раунді, а репутація лідера додатково покращує затримку, забезпечуючи зв'язок якоря з найшвидшими вузлами верифікації. Крім того, репутація лідера дозволяє Shoal використовувати асинхронне побудову DAG для усунення тайм-аутів у всіх сценаріях. Це дозволяє Shoal забезпечити властивість загальної відповідності, яка містить зазвичай необхідну оптимістичну відповідь.

Технологія Shoal дуже проста, вона передбачає послідовний запуск кількох екземплярів базового протоколу один за одним. Коли ми використовуємо екземпляр Bullshark, ми отримуємо групу "акул", що беруть участь у естафеті.

! [10 000 слів, що пояснюють рамки Shoal: як зменшити затримку Bullshark на Aptos?] ](https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-8d6acd885bad7b8f911bdce15a7c884f.webp)

Фон та мотивація

В останні роки підвищення продуктивності блокчейн-мережі в основному зосереджувалося на зменшенні складності комунікацій, але не призвело до значного підвищення пропускної здатності. Лише система Narwhal розділила поширення даних і основну логіку консенсусу, запропонувавши архітектуру, в якій усі валідатори одночасно поширюють дані, а компоненти консенсусу лише замовляють кілька метаданих. Це дозволило досягти пропускної здатності 160000 TPS.

Проте, засновані на консенсусному протоколі лідерів, як-от Hotstuff/Jolteon, не можуть повною мірою скористатися потенціалом пропускної здатності Narwhal. Тому Aptos вирішив розгорнути Bullshark на основі Narwhal DAG, який є протоколом консенсусу з нульовими витратами на зв'язок. Але структура DAG Bullshark також призводить до 50% Падіння витрат.

Shoal має на меті значно зменшити затримку Bullshark. Він впроваджує анкорні пункти в кожному раунді за допомогою технології конвеєра та використовує механізм репутації лідера для відбору швидких лідерів.

! [10 000 слів, що пояснюють рамки Shoal: як зменшити затримку Bullshark на Aptos?] ](https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-f6b6281c928e3fa7a2412a480c9c1806.webp)

Shoal фрейм

Shoal посилив Bullshark за допомогою технології конвеєра, що дозволяє мати якорну точку в кожному раунді, зменшуючи затримку всіх не-якірних вершин у DAG до трьох раундів. Також впроваджено механізм репутації лідера без витрат, що робить вибір схильним до швидких лідерів.

Основна ідея Shoal полягає в послідовному поєднанні кількох екземплярів Bullshark для обробки в режимі конвеєра, використовуючи першу упорядковану точку як точку перемикання екземплярів і використовуючи причинну історію точки для обчислення репутації лідера.

Це дозволяє Shoal у найкращому випадку замовити одну якорну точку за раунд. Механізм репутації лідера намагається вибрати лідерів з високими балами, повторно обчислюючи відображення раундів до лідерів.

! [10 000 слів, що пояснюють рамки Shoal: як зменшити затримку Bullshark на Aptos?] ](https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-b7ed8888da112bae8d34c0fdb338b138.webp)

! [10 000 слів, що пояснюють рамки Shoal: як зменшити затримку Bullshark на Aptos?] ](https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-46d37add0d9e81b2f295edf8eddd907f.webp)

! [10 000 слів, що пояснюють рамки Shoal: як зменшити затримку Bullshark на Aptos?] ](https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-0b0928cb6240e994c1514c75e080a4b2.webp)

! [10 000 слів, що пояснюють рамки Shoal: як зменшити затримку Bullshark на Aptos?] ](https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-859e732e16c3eee0e2c93422474debc2.webp)

! [10 000 слів, що пояснюють рамки Shoal: як зменшити затримку Bullshark на Aptos?] ](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-9f789cb669fcc244ea7ff7648e48b4)

Усунення затримки

Shoal використовує DAG для створення "годинника мережевої швидкості", що усуває потребу в затримках. Як тільки є достатня кількість чесних валідаторів, які продовжують додавати вершини до DAG, раунд продовжить рухатися вперед. В поєднанні з механізмом репутації лідера, це може працювати на мережевій швидкості у всіх реальних сценаріях.

! [10 000 слів, що пояснюють рамки Shoal: як зменшити затримку Bullshark на Aptos?] ](https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-1baf540693f376d93cb18ef3193593cc.webp)

Загальна реакція

Shoal надає кращі загальні властивості відповіді, ніж оптимістичні відповіді. Навіть у випадку збою лідера або асинхронності мережі, Shoal може продовжувати працювати певну кількість раундів з швидкістю мережі. Це забезпечує суворіші гарантії прогресу під час асинхронності та збою лідера.

! [10 000 слів, що пояснюють рамки Shoal: як зменшити затримку Bullshark на Aptos?] ](https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-cc09a26f7c3d94ee785de75e47bf42fb.webp)

Результати оцінки

Оцінка показує, що Shoal значно покращив затримку Bullshark:

• У безвідмовному режимі Shoal знизив затримку приблизно на 40%
• У випадку наявності 50 верифікаційних вузлів та 16 невдач, затримка Shoal нижча на 65% від базового Bullshark.
• Shoal може розширитися до більшої кількості вузлів перевірки та досягти більшої пропускної здатності

В цілому, Shoal значно підвищив продуктивність консенсусного протоколу на основі DAG за допомогою простих і ефективних технологій, що відкриває нові можливості для розвитку високопродуктивних блокчейнів.

! [10 000 слів, що пояснюють рамки Shoal: як зменшити затримку Bullshark на Aptos?] ](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-6461c85fe1553879062f7628f5553)