Ако Blockchain беше животно, консенсусните протоколи щяха да бъдат неговият скелет. Като незаменима част от всяка децентрализирана мрежа, протоколът за консенсус е отговорен за валидирането на транзакциите от всички възли в мрежата. Това се прави чрез определяне на валидността на добавяния блок, като се гарантира, че всички възли са се съгласили.
Какво представляват протоколите за консенсус, базирани на кворум
Протоколите за консенсус, базирани на кворум, са доста разпространени в блокчейн пространството. Но какви са те? Предлагат ли те някакво предимство пред други протоколи за консенсус, които не са базирани на кворум? Как са се представили?
Кворумът е термин, който се използва широко в децентрализираните системи. Отнася се до минималния брой гласове, необходими за разпределена транзакция, преди дадено действие да бъде изпълнено в рамките на разпределена система. Протоколът за консенсус се дефинира като система. управляващи какво се случва в определен блокчейн във всеки един момент от време.
Протоколът за консенсус, базиран на кворум, е протокол, при който решението за добавяне на блокове се предшества от постигане на минимален брой гласове.
Основна разлика с други протоколи за консенсус
Всички протоколи за консенсус имат едно основно изискване. Всички участници във възлите трябва да стигнат до колективното решение да приемат или отхвърлят добавянето на нов блок. Процесът на вземане на решение обаче взема допълнителна стъпка съгласно протоколи, базирани на кворум.
За базирани на кворум консенсусни протоколи участниците на възлите обменят съобщения с две ключови инициативи. Първо, блок трябва да бъде предложен на всички възли, нещо, което може да се направи само от лидера на консенсуса. Вторият е информиране на мрежата, че участникът е решил и е потвърдил блока.
Консенсус се постига, след като лидерът е предложил блок и мнозинството от участниците са взели решение и валидират предложения блок.
Превъзхождат консенсусни протоколи, които не са базирани на кворум
Протоколите, базирани на кворум, могат да се похвалят с една ключова основна разлика спрямо тези, които не са базирани на кворум. Тоест, възможността за продължаване на операциите дори когато някои от правилните участващи възли се провалят или действат злонамерено.
Основната причина консенсусът да не е тривиален е, че може да възникне неуспех по време на предаване на съобщение и вземане на решения от възли. Причината може да е прекъсване на захранването или злонамерено поведение, което води до загубени или забавени съобщения.
Допускането на такава грешка се нарича византийска отказоустойчивост. Такива протоколи могат да толерират грешки при срив или византийска грешка. Грешките при срив са случаите, когато участниците не реагират или не изпълняват нова операция, когато се изпълнява консенсус.
Византийска грешка се отнася до неуспешен участник, който може да бъде злонамерен агент. Такъв агент се характеризира с показване на произволно поведение, различно от заложените протоколи и предприемане на всякакви действия.
Максималният брой злонамерени възли, които могат да бъдат толерирани в протокол, базиран на кворум, е ⅓ от всички участващи възли в мрежата. Общата сума включва както честни, така и злонамерени възли.
Изпълнение на кворум-базирани протоколи
За да се оцени ефективността на базираните на кворум протоколи за консенсус, те се подразделят и анализират в три различни групи.
Изпълнение на практически византийски отказоустойчиви (BFT) протоколи
Протоколите се наричат така, защото на практика постигат два ключови въпроса. Те оптимизират комуникацията между участниците и удостоверяването, като същевременно успяват да останат функционални в трудни за синхронизиране среди.
Цялата комуникация е централизирана върху лидера, наречен първичен, като всички останали участници се наричат реплики. Протоколът за промяна на изгледа се прилага, когато водещият възел не успее, като следващият участник в кръговата реплика е новият първичен. Всички участници имат точни познания за всички участници и техните подписи за по-добро вземане на решения при гласуване.
Въпреки че дава практическо решение на византийската грешка, протоколът има голям проблем с мащабируемостта. За да толерират злонамерено поведение, всички участници трябва да познават всички останали участници във възела и да обменят огромен брой съобщения. Той представлява изчислителна сложност при обмена на съобщения.
Разширяването също е предизвикателство, защото добавянето на участник е почти невъзможно. Всеки участник, който напусне за постоянно, се счита за злонамерен актьор. Много жизнени и динамични блокчейн екосистеми много бързо биха стигнали до границата от ⅓ и биха довели до срив на протокола.
Изпълнение на протоколите за федеративно византийско споразумение
Съгласно протокола на федеративното византийско споразумение (FBA), кворумът е разделен на няколко федерални единици. Прави го, като има няколко византийски генерали, всеки от които отговаря за своя кворум. Позволява значително увеличение на транзакциите, намалени транзакционни разходи и по-малък брой обмени на съобщения.
Съгласно протокола FBA, всеки участващ възел има възможност да избере на кого желае да се довери. Това създава трудности за всеки злонамерен участник, тъй като те трябва да убедят голям брой валидни възли да включат злонамерени възли в своя доверен списък.
FBA придоби все по-голяма популярност през годините, привличайки големи блокчейн имена. Най-забележителните са Ripple inc и Stellar. Атаките на Sybil са най-забележимите заплахи, особено за блокчейна на Ripple. Наличието на уникални списъци с възли за валидатори предлага добро решение.
Изпълнение на Делегирания византийски отказоустойчив протокол
Делегираният византийски отказоустойчив протокол (dBFT) следва същия стил на изпълнение като BFT. Той обаче се различава чрез централизиране на консенсуса в няколко участници, като по този начин се решават проблемите с мащабируемостта на BFT. Протоколът използва концепцията за репутация за избор на консенсусни участници.
NEO е един от най-добрите играчи с dBFT протокол. Неговото усвояване е доста потиснато поради възможността от опасна заплаха за сигурността. Злонамереният лидер може да използва своя протокол за промяна на изгледа, за да създаде детерминиран разклон. След това те могат да създадат 2 нови блока, използвайки различни съобщения, като и двата блока са валидни и приети от участниците, създавайки две различни състояния в мрежата. Решението е да изхвърлите всички съобщения, генерирани преди промяната на изгледа.
Изпълнение на византийския протокол за отказоустойчивост и делегиран протокол за доказване на залог
Съкратено като BFT-dPoS, хибридният протокол обединява високоефективните протоколи за доказване на притежание със сигурността на BFT протоколите. Съгласно протокола всеки притежател на токен гласува за производител на блокове, като 21 възела с най-много гласове се квалифицират. След това всеки от 21-те има фиксирани времеви рамки от 0.5 секунди за производство на блокове, като процесът върви по азбучен ред.
EOSIO е една от блокчейновете, използващи протокола. Той може да се похвали с огромни постижения като способности за 3000 транзакции в минута и нива на сигурност на BFT. Недостатъкът е ограничението до 21 създатели на блокове, като гласуването се влияе от държани активи. Това позволява сблъсък за контрол на процеса е възможен.
Бележка на автора
Базираните на кворум консенсусни протоколи са съвсем скорошни в сравнение с тези без кворум. Те обаче имат голям успех, тъй като решават проблема с византийската грешка и позволяват работоспособност, стига злонамерените възли да не формират мнозинство в мрежата.
Тяхната производителност се различава в зависимост от класа на протокола в дискусия BFT предлагат огромни проблеми с мащабируемостта, докато FBA предлагат известна чувствителност към атаки на Sybil.
dBFT решават проблема с мащабируемостта, но със създаването на експлоат на протокол за промяна на изгледа. BFT-dPoS предлага най-добрите функции, но представлява контрол на риска чрез тайно споразумение. Въпреки това се очаква усвояването на базирани на кворум протоколи да нарасне, тъй като пространството получава повече иновации.
Източник: https://crypto.news/the-performance-of-quorum-based-consensus-protocols-in-blockchain/