Vechain presenta SUPERFICIE (PoA 2.0): mejor rendimiento, seguridad sin compromisos y un modelo de consenso dual

El mecanismo de consenso es el núcleo de cualquier sistema blockchain, que determina su seguridad y capacidad para procesar transacciones. 

VeChain ha adoptado el consenso de prueba de autoridad (PoA) que pertenece a la familia del consenso de Nakamoto y es bien conocido por su practicidad y eficiencia.

Sin embargo, a medida que prosperan las aplicaciones y las empresas que se ejecutan en la cadena de bloques pública VeChain Thor, existe una demanda cada vez mayor de un mejor rendimiento (mayor TPS y confirmación de transacciones más rápida) y seguridad sin concesiones para potenciar las innovaciones comerciales dentro del ecosistema de VeChain.

Diseñar un consenso que ofrezca tanto rendimiento como seguridad es un problema difícil. La mayoría de los sistemas de consenso existentes solo se centran en un aspecto. 

Están diseñados para funcionar bien en una buena condición de red pero arriesgar la seguridad cuando la condición empeora, o para tener una seguridad absoluta bajo cualquier condición de red pero sacrificar mucho su rendimiento.

Abordamos el problema con un nuevo algoritmo de consenso, llamado SUPERFICIE (PoA2.0), que representa un S ecure, T caso-adaptativa, R elatively F sin ork Un nfoque de C hain E xtension. Siguiendo el principio de diseño de ” esperar lo mejor y prepararse para lo peor “, desacoplamos el problema en dos subproblemas:

  • ¿Cómo optimizar el rendimiento en las condiciones de red deseadas?
  • ¿Cómo lograr una seguridad absoluta en condiciones de red no deseadas?

y abordamos los problemas con un modelo de consenso dual que ejecuta el consenso de Nakamoto y Byzantine Fault Tolerance (BFT) al mismo tiempo.

Específicamente, en Vechain intentamos lograr el rendimiento casi óptimo para el consenso de Nakamoto (esperamos lo mejor) cuando la condición de la red es buena (lo que significa que los mensajes entre los nodos se pueden recibir a tiempo); y utilizar un mecanismo BFT asincrónico para garantizar una seguridad absoluta (prepárese para lo peor) cuando la condición de la red sea mala (lo que significa que las comunicaciones entre los nodos podrían bloquearse debido a situaciones extremas como desastres naturales o ataques maliciosos). 

Explicaremos cómo funciona el modelo a continuación.

Rendimiento casi óptimo para el consenso de Nakamoto

Nuestra reciente investigación conjunta de Vechain con investigadores de la Universidad de Oxford ha identificado que la tasa de bifurcación es el factor más importante que afecta el desempeño del mecanismo de consenso de Nakamoto.

Siempre que se produzcan bifurcaciones, los nodos honestos se equivocarían y desperdiciarían sus recursos en una cadena no válida, lo que degrada la seguridad del sistema y retrasa la confirmación de la transacción. 

Además, el ancho de banda utilizado para las bifurcaciones de transmisión sería un desperdicio total, ya que las transacciones en las bifurcaciones eventualmente se descartan. 

Este problema se ha abordado introduciendo redundancia, por ejemplo, enviando un bloque de 1 MB en 10 minutos cuando la capacidad de la red es lo suficientemente grande para un bloque de 10 MB como se hace en Bitcoin, o utilizando directamente algunos algoritmos BFT complicados para llegar a un consenso en cada bloque para evite totalmente la bifurcación. 

Ambos métodos sacrifican sustancialmente el rendimiento.

En SURFACE, adoptamos un mecanismo de selección de comité aleatorio para lograr “relativamente libre de bifurcaciones” en condiciones de red prácticas y normales. 

Para ello, seleccionamos aleatoriamente un pequeño grupo de nodos de la red para validar cada bloque propuesto y respaldar el bloque antes de su publicación. 

Como resultado, la probabilidad de tener una bifurcación se reduce significativamente en comparación con los algoritmos de consenso clásicos de Nakamoto, donde el bloque propuesto solo lo decide un nodo. 

Tenga en cuenta que esta técnica es mucho menos complicada y más eficiente que los algoritmos BFT que normalmente implican múltiples rondas de comunicaciones de nodo. 

A medida que disminuye la probabilidad de tener una bifurcación, SURFACE nos permite utilizar mejor el ancho de banda para la transmisión de datos de bloque de modo que el rendimiento esté casi optimizado.

VIP193 ha descrito los detalles de implementación de la parte anterior de SURFACE.

vechain
SURFACE puede lograr un mejor rendimiento ya que utiliza el ancho de banda de manera más eficiente.

Seguridad garantizada en Vechain

Además de esperar lo mejor, también debemos prepararnos para lo peor en caso de que la red esté muy dividida o sufra un ataque DDOS masivo. En ese caso, nuestro único objetivo sería diseñar un mecanismo que garantice una seguridad absoluta. 

Para hacer eso, presentamos un algoritmo BFT asincrónico que proporciona finalidad de bloque al sistema y, lo que es más importante, coexiste con, en lugar de reemplazar, el consenso de Nakamoto basado en comités descrito en el último párrafo.

La idea básica es obligar al productor y al comité a llegar a un consenso sobre sus estados de finalidad local y poner la información de su estado en bloques para permitir que otros nodos conozcan sus estados. 

Los nodos pueden entonces concluir la finalidad de BFT en bloques localmente basándose en la información. De esta manera, se permite que los dos tipos de consenso funcionen simultáneamente con una sobrecarga limitada. Este mecanismo de finalidad se ha introducido en VIP200 .

Con este mecanismo de consenso doble, una transacción se confirmará primero en un período de tiempo bastante corto (por ejemplo, menos de 1 minuto) y luego se finalizará después de un período más largo (por ejemplo, 5 minutos). 

Los usuarios pueden usar transacciones confirmadas para su uso diario, ya que es al menos tan seguro como otras cadenas de bloques que utilizan el consenso de Nakamoto (como Bitcoin o Ethereum). También pueden esperar más tiempo hasta que finalicen las transacciones si se requiere seguridad absoluta.

Los detalles de SURFACE de Vechain se pueden encontrar en nuestro artículo .

Conclusiones

A continuación, se muestran algunas conclusiones clave de este artículo sobre vechain:

  • Se propone SURFACE (o PoA 2.0) para satisfacer la demanda de un mejor rendimiento y seguridad debido al número cada vez mayor de aplicaciones empresariales que se ejecutan en VeChain Thor.
  • Está diseñado siguiendo el principio de “Esperar lo mejor y prepararse para lo peor” e introduce un modelo de consenso dual (Nakamoto y BFT) para cumplir con los requisitos de diseño.
  • El modelo de consenso dual brinda a los usuarios flexibilidad para elegir diferentes niveles de seguridad de sus transacciones de acuerdo con sus necesidades reales.

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