Výkon protokolů konsensu založených na kvoru v blockchainu – crypto.news

Pokud by Blockchain byl zvíře, jeho kostrou by byly konsensuální protokoly. Jako nepostradatelná součást každé decentralizované sítě je konsensus protokol zodpovědný za validaci transakcí všemi uzly v síti. Provádí se určením platnosti přidávaného bloku, čímž se zajistí, že je to to, na čem se všechny uzly dohodly.

Co jsou protokoly konsensu založené na kvoru

Protokoly konsensu založené na kvoru byly v blockchainovém prostoru docela vztek. Ale co jsou zač? Nabízejí nějakou výhodu oproti jiným protokolům konsensu, které nejsou založeny na kvorech? Jak si vedli?

Kvorum je termín, který se hojně používá v decentralizovaných systémech. Vztahuje se k minimálnímu počtu hlasů, které potřebuje distribuovaná transakce před provedením akce v rámci distribuovaného systému. Jako systém je definován konsenzuální protokol. řízení toho, co se děje v konkrétním blockchainu v kterémkoli okamžiku.

Protokol konsensu založený na kvoru je protokol, kde rozhodnutí o přidání bloků předchází dosažení minimálního počtu hlasů. 

Hlavní rozdíl oproti jiným protokolům konsensu 

Všechny konsenzuální protokoly mají jeden základní požadavek. Všichni účastníci v uzlech musí dospět ke společnému rozhodnutí buď přijmout nebo odmítnout přidání nového bloku. Proces dosažení rozhodnutí však vyžaduje další krok v rámci protokolů založených na kvoru.

V případě konsensuálních protokolů založených na kvorech si účastníci uzlů vyměňují zprávy se dvěma klíčovými iniciativami. Za prvé, blok musí být navržen všem uzlům, což může udělat pouze vedoucí konsensu. Druhým je informování sítě, že se účastník rozhodl a potvrdil blok. 

Konsensu je dosaženo poté, co vedoucí navrhl blok a většina účastníků rozhodla a potvrdila navrhovaný blok. 

Překonání protokolů konsensu nezaložených na kvoru

Protokoly založené na kvorech se mohou pochlubit jedním klíčovým zásadním rozdílem oproti protokolům nezaloženým na kvorech. Tedy schopnost pokračovat v operacích, i když některé ze správných zúčastněných uzlů selžou nebo jednají zlomyslně.

Hlavním důvodem, proč shoda není triviální, je to, že během přenosu zprávy a rozhodování uzlů může dojít k selhání. Příčinou může být výpadek proudu nebo zlomyslné chování vedoucí ke ztrátě nebo zpoždění zpráv.

Tolerance takového selhání se označuje jako byzantská odolnost proti chybám. Takové protokoly mohou tolerovat havárie nebo byzantské chyby. Chyby při selhání jsou případy, kdy účastníci nereagují nebo neprovádějí novou operaci, když probíhá konsensus. 

Byzantská chyba se týká neúspěšného účastníka, který by mohl být škodlivý agent. Takový agent se vyznačuje tím, že vykazuje náhodné chování, které se liší od stanovených protokolů a provádí jakoukoli akci. 

Maximální počet škodlivých uzlů, které lze tolerovat v protokolu založeném na kvoru, je ⅓ ze všech zúčastněných uzlů v síti. Součet zahrnuje poctivé i škodlivé uzly.

Výkon protokolů založených na kvoru

Aby bylo možné změřit výkon konsenzuálních protokolů založených na kvoru, je třeba je rozdělit a analyzovat do tří různých skupin.

Výkon praktických protokolů odolných vůči byzantským poruchám (BFT).

Protokoly se tak nazývají, protože prakticky dosahují dvou klíčových problémů. Optimalizují komunikaci a autentizaci mezi účastníky a zároveň zvládnou zůstat funkční v těžko synchronizovatelných prostředích. 

Veškerá komunikace se soustředí na vedoucího zvaného primární, přičemž všichni ostatní účastníci se nazývají repliky. Protokol změny pohledu je implementován, když hlavní uzel selže, přičemž dalším účastníkem v kruhovém vodítku je nový primární uzel. Všichni účastníci mají řádné znalosti všech účastníků a jejich podpisy pro lepší rozhodování při hlasování.

I když poskytuje praktické řešení byzantské chyby, protokol měl velký problém se škálovatelností. Aby bylo možné tolerovat škodlivé chování, musí všichni účastníci znát všechny ostatní účastníky uzlů a vyměňovat si obrovské množství zpráv. Představuje výpočetní složitost při výměně zpráv. 

Rozšíření je také výzvou, protože přidání účastníka je téměř nemožné. Každý účastník, který natrvalo odejde, je považován za zlomyslného herce. Velmi živé a dynamické blockchainové ekosystémy by se velmi rychle dostaly na hranici ⅓ a vyústily by v kolaps protokolu.

Plnění protokolů federativní byzantské dohody

Podle protokolu federativní byzantské dohody (FBA) je kvorum rozděleno do několika federálních jednotek. Dělá to tak, že má několik byzantských generálů, z nichž každý je odpovědný za svůj díl kvora. Umožňuje výrazné zvýšení transakcí, snížení transakčních nákladů a menší počet výměn zpráv. 

Podle protokolu FBA má každý zúčastněný uzel možnost vybrat si, komu chce důvěřovat. To vytváří potíže pro jakékoli zlomyslné aktéry, protože musí přesvědčit velký počet platných uzlů, aby zahrnuli škodlivé uzly do svého seznamu důvěryhodných.

FBA si v průběhu let získala stále větší popularitu a přitahovala velká jména blockchainu. Nejpozoruhodnější z nich jsou Ripple inc a Stellar. Útoky Sybil jsou nejpozoruhodnějšími hrozbami, zejména pro blockchain Ripple. Existence Unique Node Lists pro validátory nabízí dobré řešení.

Plnění delegovaného byzantského protokolu o toleranci chybám

Delegovaný byzantský protokol odolný proti chybám (dBFT) se řídí stejným stylem provádění jako BFT. Liší se však centralizací konsenzu u několika účastníků, čímž se řeší problémy BFT se škálovatelností. Protokol využívá koncept reputace pro výběr účastníků konsensu.

NEO je jedním z nejlepších přehrávačů s protokolem dBFT. Jeho přijímání bylo docela utlumené kvůli možnosti nebezpečné bezpečnostní hrozby. Zlomyslný vůdce může zneužít jeho protokol pro změnu pohledu k vytvoření deterministické větve. Poté mohou vytvořit 2 nové bloky pomocí různých zpráv, přičemž oba bloky jsou platné a akceptované účastníky, čímž se v síti vytvoří dva různé stavy. Řešením je zahození všech zpráv vygenerovaných před změnou pohledu.

Výkon byzantského protokolu odolného vůči chybám a delegovaného důkazu o sázce

Hybridní protokol, zkráceně BFT-dPoS, spojuje vysoce výkonné protokoly Proof of Possession s bezpečností protokolů BFT. Podle protokolu každý držitel tokenu hlasuje pro výrobce bloku, přičemž 21 uzlů s největším počtem hlasů se kvalifikuje. Každý z 21 pak má pevné 0.5sekundové časové rámce pro výrobu bloků, přičemž proces probíhá abecedně.

EOSIO je jedním z blockchainů využívajících protokol. Může se pochlubit obrovskými úspěchy, jako jsou schopnosti 3000 transakcí za minutu a úrovně zabezpečení BFT. Nevýhodou je omezení na 21 tvůrců bloků, přičemž hlasování je ovlivněno drženým majetkem. Umožňuje kolizi řídit proces je možné.

Poznámka autora

Protokoly konsensu založené na kvoru jsou ve srovnání s protokoly, které nejsou kvorum, poměrně nové. Mají však punč, protože řeší problém byzantské chyby a umožňují provozuschopnost, pokud škodlivé uzly netvoří většinu sítě.

Jejich výkon se liší v závislosti na třídě protokolu v diskuzi BFT nabízejí obrovské problémy se škálovatelností, zatímco FBA nabízejí určitou náchylnost k útokům Sybil. 

dBFT řeší problém škálovatelnosti, ale s vytvořením zneužití protokolu změny pohledu. BFT-dPoS nabízí to, co by mohlo být nejlepší funkce, ale představuje kontrolu rizika prostřednictvím tajné dohody. Očekává se však, že zavádění protokolů založených na kvorech poroste s tím, jak prostor získá více inovací.