Якби блокчейн був твариною, консенсусні протоколи були б його скелетом. Як незамінна частина будь-якої децентралізованої мережі, протокол консенсусу відповідає за перевірку транзакцій усіма вузлами мережі. Це робиться за допомогою визначення дійсності доданого блоку, що гарантує, що всі вузли погодилися з цим.
Що таке протоколи консенсусу на основі кворуму
Протоколи консенсусу на основі кворуму були досить популярними в просторі блокчейну. Але які вони? Чи пропонують вони якісь переваги перед іншими протоколами консенсусу, не заснованими на кворумі? Як вони виступили?
Кворум – це термін, який широко використовується в децентралізованих системах. Він відноситься до мінімальної кількості голосів, необхідної для розподіленої транзакції, перш ніж дія може бути виконана в розподіленій системі. Протокол консенсусу визначається як система. управління тим, що відбувається в конкретному блокчейні в будь-який момент часу.
Протокол консенсусу на основі кворуму — це протокол, де рішення про додавання блоків передує досягнення мінімальної кількості голосів.
Основна відмінність від інших консенсусних протоколів
Усі протоколи консенсусу мають одну основну вимогу. Усі учасники вузлів повинні прийняти колективне рішення прийняти або відхилити додавання нового блоку. Однак процес прийняття рішення займає додатковий крок відповідно до протоколів на основі кворуму.
Для протоколів консенсусу на основі кворуму учасники вузлів обмінюються повідомленнями з двома ключовими ініціативами. По-перше, блок має бути запропонований всім вузлам, що може зробити лише лідер консенсусу. Другий — інформування мережі про те, що учасник прийняв рішення та підтвердив блокування.
Консенсус досягається після того, як лідер запропонував блок, а більшість учасників прийняли рішення та підтвердили запропонований блок.
Перевага щодо консенсусних протоколів, не заснованих на кворумі
Протоколи, засновані на кворумі, мають одну ключову відмінність від протоколів без кворуму. Тобто можливість продовжувати операції, навіть якщо деякі з правильних вузлів-учасників виходять з ладу або діють зловмисно.
Основна причина, чому консенсус не є тривіальним, полягає в тому, що збій може статися під час передачі повідомлень і прийняття рішень вузлами. Причиною може бути відключення електроенергії або зловмисна поведінка, що призводить до втрати або затримки повідомлень.
Допуск такої відмови називають візантійською відмовостійкістю. Такі протоколи можуть допускати помилки збоїв або візантійські помилки. Помилки збою – це випадки, коли учасники не відповідають або не виконують нову операцію, коли виконується консенсус.
Візантійська помилка відноситься до невдалого учасника, який може бути зловмисним агентом. Такий агент характеризується показом випадкової поведінки, що відрізняється від закладених протоколів, і виконання будь-яких дій.
Максимальна кількість зловмисних вузлів, які можуть бути допустимі в протоколі на основі кворуму, становить ⅓ усіх вузлів, що беруть участь у мережі. Загальна сума включає як чесні, так і шкідливі вузли.
Продуктивність протоколів на основі кворуму
Щоб оцінити ефективність консенсусних протоколів на основі кворуму, вони повинні бути розділені та проаналізовані на три різні групи.
Виконання практичних візантійських протоколів відмовостійкості (BFT).
Протоколи називаються так тому, що вони практично досягають двох ключових проблем. Вони оптимізують комунікацію між учасниками та аутентифікацію, зберігаючи при цьому працездатність у важко синхронізованих середовищах.
Вся комунікація централізована на лідері, який називається основним, а всі інші учасники називаються репліками. Протокол зміни перегляду реалізується, коли провідний вузол виходить з ладу, при цьому наступний учасник кругового сигналу є новим основним. Усі учасники мають належні знання про всіх учасників та їхні підписи для кращого прийняття рішень щодо голосування.
Даючи практичне рішення візантійської помилки, протокол мав велику проблему з масштабованістю. Щоб терпіти зловмисну поведінку, всі учасники повинні знати всіх інших учасників вузла і обмінюватися величезною кількістю повідомлень. Це представляє складність обчислень при обміні повідомленнями.
Розширення також є проблемою, оскільки додати учасника майже неможливо. Будь-який учасник, який назавжди залишає, вважається зловмисником. Дуже яскраві та динамічні блокчейн-екосистеми дуже швидко досягнуть межі ⅓ і призведуть до краху протоколу.
Виконання протоколів Федеративної візантійської угоди
Відповідно до протоколу федеративної візантійської угоди (FBA), кворум поділено на кілька федеральних одиниць. Для цього є кілька візантійських генералів, кожен з яких відповідає за свій кворум. Це дозволяє значно збільшити кількість транзакцій, зменшити вартість транзакцій і зменшити кількість обмінів повідомленнями.
Відповідно до протоколу FBA, кожному вузлу-учаснику надається можливість вибирати, кому він хоче довіряти. Це створює труднощі для будь-якого зловмисника, оскільки йому доводиться переконати велику кількість дійсних вузлів включити шкідливі вузли до свого списку довірених.
FBA з роками набирає все більшої популярності, залучаючи великі блокчейн-імена до своєї частини. Найпомітнішими з них є Ripple inc і Stellar. Атаки на Sybil є найбільш помітними загрозами, особливо для блокчейну Ripple. Існування унікальних списків вузлів для валідаторів є хорошим рішенням.
Виконання Делегованого Візантійського Відмовостійкого протоколу
Делегований візантійський відмовостійкий протокол (dBFT) дотримується того ж стилю виконання, що й BFT. Однак він відрізняється централізованістю консенсусу між кількома учасниками, тим самим вирішуючи проблеми масштабованості BFT. Протокол використовує концепцію репутації для вибору учасників консенсусу.
NEO є одним із найкращих гравців із протоколом dBFT. Його поширення було досить пригніченим через можливість небезпечної загрози безпеці. Зловмисний лідер може використовувати свій протокол зміни перегляду, щоб створити детермінований форк. Потім вони можуть створити 2 нових блоки, використовуючи різні повідомлення, при цьому обидва блоки будуть дійсними та прийнятими учасниками, створюючи два різні стани в мережі. Рішення полягає в тому, щоб відкидати всі повідомлення, згенеровані до зміни представлення.
Виконання Візантійського протоколу відмовостійкості та делегованого підтвердження участі
Скорочено BFT-dPoS, гібридний протокол об’єднує високопродуктивні протоколи Proof of Possession з безпекою протоколів BFT. Згідно з протоколом, кожен власник токена голосує за виробника блоку, при цьому 21 вузол з найбільшою кількістю голосів кваліфікується. Кожен з 21 потім має фіксовані 0.5-секундні часові рамки для створення блоків, при цьому процес відбувається в алфавітному порядку.
EOSIO є одним із блокчейнів, що використовують цей протокол. Він може похвалитися величезними досягненнями, такими як здатність до 3000 транзакцій на хвилину та рівень безпеки BFT. Недоліком є обмеження до 21 творця блоку, причому на голосування впливають утримувані активи. Це дозволяє при зіткненні контролювати процес.
Примітка автора
Протоколи консенсусу, засновані на кворумі, є досить свіжими в порівнянні з протоколами без кворуму. Однак вони мають перевагу, оскільки вирішують проблему візантійської помилки та дозволяють працювати, поки шкідливі вузли не утворюють більшість мережі.
Їхня продуктивність відрізняється залежно від класу протоколу в обговоренні. BFT пропонують великі проблеми з масштабованістю, тоді як FBA мають певну схильність до атак Sybil.
dBFT вирішують проблему масштабованості, але зі створенням протоколу зміни перегляду. BFT-dPoS пропонує найкращі функції, але забезпечує контроль ризику через змову. Проте очікується, що використання протоколів на основі кворуму зросте, оскільки простір отримує більше інновацій.
Джерело: https://crypto.news/the-performance-of-quorum-based-consensus-protocols-in-blockchain/