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創新區塊鏈協議: 融合DAG共識與無共識方法實現高吞吐低延遲
正文
區塊鏈技術自比特幣誕生以來已取得長足進步。隨着遊戲和NFT等新應用場景的出現,業界正不斷探索提高技術效率的方法,尤其是在處理高負載和實現實時延遲方面。L1區塊鏈面臨兩大挑戰:一是需要在保持低延遲的同時實現高吞吐量,二是確保共識協議長期穩定。在解決這些挑戰時,應通過驗證節點的動態參與和重新配置來維持去中心化。
提高吞吐量的一種方法是使用基於DAG的共識協議。這類協議使區塊鏈能同時處理大量交易,非常適合遊戲和NFT等應用。然而,基於DAG的協議通常會導致幾秒鍾的延遲,對普通轉帳或遊戲操作來說時間成本較高。
另一方面,無共識協議在降低延遲和提升擴展性方面展現出巨大潛力。這類協議無需共識,允許快速處理交易,無需對並行處理的獨立交易進行全局排序。但它們僅適用於有限的簡單區塊鏈操作,限制了可執行的智能合約類型,且動態調整驗證者集合可能具有挑戰性。
盡管這些方法潛力巨大,但目前尚未應用於生產級區塊鏈,僅在學術會議上發表,未被區塊鏈社區廣泛採用。某區塊鏈網路的支持協議結合了基於DAG的共識和無共識方法,實現了兩全其美:亞秒級延遲和每秒數千筆交易的持續吞吐量。該協議不僅完成了這兩項任務,還保持了在共享對象上執行復雜合約、生成檢查點以及跨週期重新配置驗證者集合的能力。
融合共識和非共識方法
這一創新協議採取了獨特的方法,將上述兩種方案結合。爲確保單一所有者資產(擁有的對象)操作的安全性,系統在驗證者間採用一致的廣播協議,實現低於共識的延遲。該協議僅依靠共識處理共享對象上的復雜智能合約,即任何用戶都可修改的對象。此外,它還支持網路維護操作,如定義檢查點和重新配置驗證器。在復制的拜佔庭環境中處理交易時,這種新穎策略提供了兼顧效率與安全的解決方案。
該協議的交易生命週期如下:擁有私鑰的用戶創建並簽署交易,以改變他們擁有的對象,或涉及自有對象和共享對象的混合操作。交易被發送至每個驗證節點(通常通過全節點),驗證節點執行一系列有效性和安全性檢查,對其籤名,並將已籤名的交易返回客戶端。客戶端收集大多數驗證節點的響應形成交易證書,此時交易可視爲不可逆(達到最終性)。
證書組裝完成後發送回所有驗證節點,驗證節點檢查其有效性並向客戶確認收到。如涉及獨佔對象,交易證書可立即處理執行,無需等待共識引擎(直接快速路徑)。所有證書都轉發到基於DAG的共識協議。共識最終輸出證書的總順序;驗證節點檢查並執行包含共享對象的交易,客戶可收集大多數驗證節點的響應,組裝成效果證書,作爲交易結算的證明。隨後,爲每個共識提交形成檢查點,用於驅動重新配置協議。
除主要交易流程外,該協議還提供多項設施支持生產級區塊鏈:
在達到最終確定性後實施檢查點協議,生成系統中所有交易的因果歷史。用於完整審計,並以高效方式保持完整節點和滯後驗證節點同步。
支持在每個時期結束時重新配置,此時驗證者集及其投票權可能變化。爲確保所有最終交易包含在一個紀元中,每個紀元都需要謹慎關閉並確認最終安全性。
在先前的無共識協議中,當存在漏洞的客戶端雙花資產時,資產將被永久鎖定。該協議在週期結束時安全"解鎖"錯誤鎖定的資產,將bug造成的損害降至最低。
這一創新協議爲管理大量用戶價值的區塊鏈提供支持。完整技術報告詳細介紹了安全和活性協議的運行方式,以及它們在標準分布式系統模型中與部分同步拜佔庭參與者的安全性證明。