Если бы блокчейн был животным, протоколы консенсуса были бы его скелетом. Как неотъемлемая часть любой децентрализованной сети протокол консенсуса отвечает за проверку транзакций всеми узлами в сети. Это делается путем определения действительности добавляемого блока, гарантируя, что это то, с чем согласились все узлы.
Что такое протоколы консенсуса на основе кворума
Протоколы консенсуса на основе кворума были довольно популярны в пространстве блокчейнов. Но что это такое? Предлагают ли они какие-либо преимущества перед другими протоколами консенсуса, не основанными на кворуме? Как они выступили?
Кворум — это термин, который широко используется в децентрализованных системах. Это относится к минимальному количеству голосов, необходимому для распределенной транзакции, прежде чем действие может быть выполнено в распределенной системе. Протокол консенсуса определяется как система. управляя тем, что происходит в конкретной цепочке блоков в любой момент времени.
Протокол консенсуса на основе кворума — это протокол, в котором решению о добавлении блоков предшествует достижение минимального количества голосов.
Основное отличие от других протоколов консенсуса
Все консенсусные протоколы имеют одно основное требование. Все участники узлов должны прийти к коллективному решению либо принять, либо отклонить добавление нового блока. Однако процесс принятия решения требует дополнительного шага в протоколах на основе кворума.
Для протоколов консенсуса на основе кворума участники узлов обмениваются сообщениями с двумя ключевыми инициативами. Во-первых, блок должен быть предложен всем узлам, что может сделать только лидер консенсуса. Второй — информирование сети о том, что участник принял решение о блокировке и подтвердил ее.
Консенсус достигается после того, как лидер предложил блок, и большинство участников приняли решение и утвердили предложенный блок.
Преимущество протоколов консенсуса, не основанных на кворуме
Протоколы на основе кворума могут похвастаться одним важным отличием от протоколов без кворума. То есть возможность продолжать работу, даже когда некоторые из правильных участвующих узлов выходят из строя или действуют злонамеренно.
Основная причина, по которой консенсус не является тривиальным, заключается в том, что во время передачи сообщений и принятия решений узлами может произойти сбой. Причиной может быть отключение электроэнергии или злонамеренное поведение, что приводит к потере или задержке сообщений.
Допущение такого сбоя называется византийской отказоустойчивостью. Такие протоколы могут допускать аварийные сбои или византийские сбои. Ошибки сбоев — это случаи, когда участники не отвечают или не выполняют новую операцию при выполнении консенсуса.
Византийская ошибка относится к сбойному участнику, который может быть вредоносным агентом. Для такого агента характерно проявление случайного поведения, отличного от заложенных протоколов, и совершение каких-либо действий.
Максимальное количество злонамеренных узлов, допустимое в протоколе на основе кворума, составляет ⅓ всех участвующих узлов в сети. Общее количество включает как честные, так и вредоносные узлы.
Производительность протоколов на основе кворума
Чтобы оценить эффективность протоколов консенсуса на основе кворума, они должны быть разделены и проанализированы на три разные группы.
Производительность практических византийских отказоустойчивых протоколов (BFT)
Протоколы называются так потому, что они практически решают две ключевые задачи. Они оптимизируют взаимодействие между участниками и аутентификацию, сохраняя при этом работоспособность в трудносинхронизируемых средах.
Все коммуникации централизованы на лидере, называемом первичным, а все остальные участники называются репликами. Протокол изменения представления реализуется, когда ведущий узел выходит из строя, а следующий участник циклического сигнала становится новым основным. Все участники должным образом осведомлены обо всех участниках и их подписях для лучшего принятия решений при голосовании.
Давая практическое решение византийской ошибки, у протокола была большая проблема с масштабируемостью. Чтобы допустить злонамеренное поведение, все участники должны знать всех остальных участников узла и обмениваться огромным количеством сообщений. Это представляет вычислительную сложность при обмене сообщениями.
Расширение также является проблемой, потому что добавление участника практически невозможно. Любой участник, который уходит навсегда, считается злоумышленником. Очень динамичные и динамичные блокчейн-экосистемы очень быстро достигнут предела в ⅓, что приведет к краху протокола.
Выполнение протоколов федеративного византийского соглашения
В соответствии с протоколом федеративного византийского соглашения (FBA) кворум разделен на несколько федеральных единиц. Это достигается за счет нескольких византийских генералов, каждый из которых отвечает за свою долю кворума. Это позволяет значительно увеличить количество транзакций, снизить стоимость транзакции и уменьшить количество обменов сообщениями.
В соответствии с протоколом FBA каждому участвующему узлу предоставляется возможность выбирать, кому он хочет доверять. Это создает трудности для любого злоумышленника, поскольку ему необходимо убедить большое количество действительных узлов включить вредоносные узлы в свой список доверенных лиц.
FBA с годами приобрела все большую популярность, привлекая в свои ряды крупные блокчейн-имена. Наиболее заметными из них являются Ripple Inc и Stellar. Атаки Сивиллы являются наиболее заметными угрозами, особенно для блокчейна Ripple. Существование списков уникальных узлов для валидаторов предлагает хорошее решение.
Производительность делегированного византийского протокола отказоустойчивости
Делегированный византийский отказоустойчивый протокол (dBFT) следует тому же стилю выполнения, что и BFT. Однако он отличается централизацией консенсуса среди нескольких участников, тем самым решая проблемы масштабируемости BFT. Протокол использует понятие репутации для выбора участников консенсуса.
NEO — один из лучших игроков с протоколом dBFT. Его использование было весьма ограниченным из-за возможности опасной угрозы безопасности. Злоумышленник может использовать свой протокол изменения представления для создания детерминированного форка. Затем они могут создать 2 новых блока, используя разные сообщения, причем оба блока действительны и приняты участниками, создавая два разных состояния в сети. Решением является отбрасывание всех сообщений, созданных до изменения представления.
Производительность протокола Byzantine Fault Tolerant и Delegated Proof of Stake
Гибридный протокол, сокращенно BFT-dPoS, объединяет высокопроизводительные протоколы Proof of Possession с безопасностью протоколов BFT. В соответствии с протоколом каждый держатель токена голосует за производителя блоков, при этом 21 узел с наибольшим количеством голосов соответствует требованиям. Затем каждый из 21 имеет фиксированные 0.5-секундные временные рамки для создания блоков, при этом процесс идет в алфавитном порядке.
EOSIO — одна из цепочек блоков, использующих протокол. Он может похвастаться огромными достижениями, такими как возможности 3000 транзакций в минуту и уровни безопасности BFT. Недостатком является ограничение до 21 создателя блока, при этом голосование зависит от имеющихся активов. Это позволяет при столкновении контролировать процесс.
Примечание автора
Протоколы консенсуса на основе кворума появились совсем недавно по сравнению с протоколами без кворума. Однако они наносят удар, поскольку решают проблему византийской ошибки и обеспечивают работоспособность до тех пор, пока вредоносные узлы не составляют большинство в сети.
Их производительность различается в зависимости от класса обсуждаемого протокола. BFT предлагают огромные проблемы с масштабируемостью, в то время как FBA предлагают некоторую уязвимость к атакам Sybil.
dBFT решают проблему масштабируемости, но с созданием эксплойта протокола изменения представления. BFT-dPoS предлагает то, что может быть лучшими функциями, но обеспечивает контроль над рисками посредством сговора. Однако ожидается, что внедрение протоколов на основе кворума будет расти по мере появления новых инноваций.
Источник: https://crypto.news/the-performance-of-quorum-based-consensus-protocols-in-blockchain/