Prestanda för kvorumbaserade konsensusprotokoll i Blockchain – crypto.news

Om Blockchain var ett djur skulle konsensusprotokoll vara dess skelett. Som en oumbärlig del av alla decentraliserade nätverk är ett konsensusprotokoll ansvarigt för valideringen av transaktioner av alla noder i nätverket. Det görs genom att fastställa giltigheten av blocket som läggs till, vilket säkerställer att det är vad alla noder kom överens om.

Vad är kvorumbaserade konsensusprotokoll

Kvorumbaserade konsensusprotokoll har varit ett stort raseri inom blockchain-utrymmet. Men vad är de? Har de någon fördel gentemot andra icke-kvorumbaserade konsensusprotokoll? Hur har de presterat?

Quorum är en term som används flitigt i decentraliserade system. Det hänvisar till det minsta antal röster som krävs av en distribuerad transaktion innan en åtgärd kan utföras inom ett distribuerat system. Ett konsensusprotokoll definieras som systemet. styr vad som händer i en viss blockkedja när som helst.

Ett kvorumbaserat konsensusprotokoll är ett protokoll där beslutet att lägga till block föregås av att ett minsta antal röster uppnås. 

Huvudskillnad med andra konsensusprotokoll 

Alla konsensusprotokoll har ett grundläggande krav. Alla deltagare i noderna måste komma fram till det kollektiva beslutet att antingen acceptera eller avslå tillägget av ett nytt block. Processen för att komma fram till beslutet tar dock ett extra steg enligt beslutförhetsbaserade protokoll.

För kvorumbaserade konsensusprotokoll utbyter nodernas deltagare meddelanden med två nyckelinitiativ. Först måste ett block föreslås för alla noder, något som endast kan göras av konsensusledaren. Den andra är att informera nätverket om att deltagaren har beslutat om och validerat blockeringen. 

Konsensus uppnås efter att ledaren har föreslagit ett block och majoriteten av deltagarna beslutat om och validerat det föreslagna blocket. 

Utkant över icke-kvorumbaserade konsensusprotokoll

Kvorumbaserade protokoll har en viktig stor skillnad jämfört med icke-kvorumbaserade. Det vill säga möjligheten att fortsätta verksamheten även när några av de korrekta deltagande noderna misslyckas eller agerar illvilligt.

Den främsta anledningen till att konsensus inte är trivial är att misslyckanden kan inträffa under meddelandeöverföring och beslutsfattande av noder. Orsaken kan vara ett strömavbrott eller skadligt beteende, vilket resulterar i förlorade eller försenade meddelanden.

Tillåtelsen av ett sådant misslyckande kallas bysantinsk feltolerans. Sådana protokoll kan tolerera kraschfel eller det bysantinska felet. Kraschfel är där deltagarna inte svarar eller utför en ny operation när en konsensus genomförs. 

Ett bysantinskt fel hänvisar till en sviktande deltagare som kan vara en illvillig agent. En sådan agent kännetecknas av uppvisningen av slumpmässigt beteende som skiljer sig från de fastställda protokollen och vidtar alla åtgärder. 

Det maximala antalet skadliga noder som kan tolereras i ett kvorumbaserat protokoll är ⅓ av alla deltagande noder i nätverket. Summan inkluderar både ärliga och skadliga noder.

Utförande av kvorumbaserade protokoll

För att mäta prestandan för kvorumbaserade konsensusprotokoll ska de delas in och analyseras i tre olika grupper.

Utförande av praktiska bysantinska feltoleranta (BFT) protokoll

Protokollen kallas så eftersom de praktiskt taget uppnår två nyckelfrågor. De optimerar kommunikation och autentisering mellan deltagare samtidigt som de förblir funktionella i svårsynkroniserade miljöer. 

All kommunikation är centraliserad till den ledare som kallas primär, och alla andra deltagare kallas repliker. Ett vyändringsprotokoll implementeras när den ledande noden misslyckas, med nästa deltagare i den cirkulära köet som den nya primära. Alla deltagare har ordentlig kunskap om alla deltagare och deras underskrifter för bättre beslutsfattande om röstning.

Samtidigt som det ger en praktisk lösning på det bysantinska felet har protokollet haft ett stort problem med skalbarhet. För att tolerera skadligt beteende måste alla deltagare känna till alla andra noddeltagare och utbyta ett stort antal meddelanden. Det presenterar en beräkningskomplexitet vid meddelandeutbyte. 

Expansion är också en utmaning eftersom att lägga till en deltagare är nästan omöjligt. Varje deltagare som lämnar permanent anses vara en illvillig aktör. Mycket levande och dynamiska blockchain-ekosystem skulle mycket snabbt komma till ⅓-gränsen och resultera i protokollets kollaps.

Utförande av federerade bysantinska avtalsprotokoll

Enligt det federerade bysantinska avtalet (FBA) är quorum.is uppdelat i flera federala enheter. Den gör det genom att ha flera bysantinska generaler, som var och en är ansvarig för sin kvorumdel. Det möjliggör en betydande ökning av transaktioner, en minskad transaktionskostnad och ett mindre antal meddelandeutbyten. 

Enligt FBA-protokollet får varje deltagande nod möjlighet att välja vem de vill lita på. Det skapar svårigheter för alla illvilliga aktörer eftersom de måste övertyga ett stort antal giltiga noder att inkludera skadliga noder i sin betrodda lista.

FBA har vunnit ökad popularitet under åren och lockat stora blockchain-namn till sin fold. De mest anmärkningsvärda är Ripple inc och Stellar. Sybil-attacker är de mest anmärkningsvärda hoten, mer så för Ripple-blockkedjan. Existensen av unika nodlistor för validerare erbjuder en bra lösning.

Utförande av det delegerade bysantinska Fault Tolerant Protocol

Det delegerade bysantinska feltoleranta protokollet (dBFT) följer samma exekveringsstil som BFT. Det skiljer sig dock genom att centralisera konsensus hos flera deltagare, och därigenom lösa BFT:s skalbarhetsproblem. Protokollet använder begreppet rykte för valet av konsensusdeltagare.

NEO är en av de bästa spelarna med ett dBFT-protokoll. Dess upptag har varit ganska dämpat på grund av risken för ett farligt säkerhetshot. En illvillig ledare kan utnyttja sitt protokoll för visningsändring för att skapa en deterministisk gaffel. De kan sedan skapa 2 nya block med olika meddelanden, där båda blocken är giltiga och accepterade av deltagarna, vilket skapar två olika tillstånd i nätverket. En lösning är att kassera alla meddelanden som genererats innan vyändringen.

Utförande av bysantinsk feltolerant och delegerat protokoll om insatsbevis

Hybridprotokollet, förkortat BFT-dPoS, kombinerar de högpresterande Proof of Possession-protokollen med säkerheten för BFT-protokoll. Enligt protokollet röstar varje tokeninnehavare på en blockproducent, med de 21 noderna med flest röster kvalificerade. Var och en av de 21 har sedan fasta 0.5-sekunders tidsramar för att producera block, med processen som går alfabetiskt.

EOSIO är en av blockkedjorna som använder protokollet. Den ståtar med enorma prestationer som 3000 transaktioner per minut förmågor och BFT-säkerhetsnivåer. Nackdelen är begränsningen till 21 blockskapare, där röstningen påverkas av tillgångar som innehas. Det möjliggör en kollision för att kontrollera processen är möjlig.

Författarens anmärkning

Kvorumbaserade konsensusprotokoll är ganska nya jämfört med de icke-kvorumsprotokoll. De slår dock hårt eftersom de löser problemet med bysantinska fel och tillåter funktion så länge som skadliga noder inte bildar en nätverksmajoritet.

Deras prestanda skiljer sig beroende på protokollklassen i diskussionen. BFT:er erbjuder enorma skalbarhetsproblem medan FBA:er erbjuder vissa mottagligheter för Sybil-attacker. 

dBFT:er löser skalbarhetsproblemet men med skapandet av ett protokoll för visningsändring. BFT-dPoS erbjuder vad som kan vara de bästa funktionerna, men utgör riskkontrollen via maskopi. Användningen av kvorumbaserade protokoll förväntas dock öka i takt med att utrymmet får fler innovationer.