Als Blockchain een dier was, zouden consensusprotocollen het skelet zijn. Als onmisbaar onderdeel van elk gedecentraliseerd netwerk is een consensusprotocol verantwoordelijk voor de validatie van transacties door alle knooppunten in het netwerk. Het wordt gedaan via de bepaling van de geldigheid van het blok dat wordt toegevoegd, zodat alle knooppunten het erover eens zijn.
Wat zijn op quorum gebaseerde consensusprotocollen?
Op quorum gebaseerde consensusprotocollen zijn nogal een rage geweest binnen de blockchain-ruimte. Maar wat zijn ze? Bieden ze een voorsprong op andere niet-quorumgebaseerde consensusprotocollen? Hoe hebben ze gepresteerd?
Quorum is een term die veel wordt gebruikt in gedecentraliseerde systemen. Het verwijst naar het minimum aantal stemmen dat nodig is voor een gedistribueerde transactie voordat een actie kan worden uitgevoerd binnen een gedistribueerd systeem. Een consensusprotocol wordt gedefinieerd als het systeem. bepalen wat er op een bepaald moment in een bepaalde blockchain gebeurt.
Een op quorum gebaseerd consensusprotocol is een protocol waarbij de beslissing om blokken toe te voegen wordt voorafgegaan door het behalen van een minimumaantal stemmen.
Belangrijkste verschil met andere consensusprotocollen
Alle consensusprotocollen hebben één basisvereiste. Alle deelnemers aan de nodes moeten tot de collectieve beslissing komen om de toevoeging van een nieuw blok te accepteren of af te wijzen. Het proces om tot de beslissing te komen, neemt echter een extra stap in het kader van op quorum gebaseerde protocollen.
Voor op quorum gebaseerde consensusprotocollen wisselen de deelnemers van de knooppunten berichten uit met twee belangrijke initiatieven. Eerst moet een blokkering worden voorgesteld aan alle knooppunten, iets dat alleen door de consensusleider kan worden gedaan. De tweede is om het netwerk te informeren dat de deelnemer de blokkering heeft besloten en gevalideerd.
Consensus wordt bereikt nadat de leider een blokkering heeft voorgesteld en de meerderheid van de deelnemers het voorgestelde blok heeft goedgekeurd en gevalideerd.
Edge over niet-quorum-gebaseerde consensusprotocollen
Op quorum gebaseerde protocollen hebben één belangrijk verschil met niet-quorumgebaseerde protocollen. Dat wil zeggen, de mogelijkheid om bewerkingen voort te zetten, zelfs wanneer enkele van de juiste deelnemende knooppunten falen of kwaadwillig handelen.
De belangrijkste reden waarom consensus niet triviaal is, is dat er fouten kunnen optreden tijdens het verzenden van berichten en het nemen van beslissingen door knooppunten. De oorzaak kan een stroomstoring of kwaadaardig gedrag zijn, met verloren of vertraagde berichten tot gevolg.
Het toestaan van een dergelijke storing wordt de Byzantijnse fouttolerantie genoemd. Dergelijke protocollen kunnen crashfouten of de byzantijnse fout tolereren. Crashfouten zijn waar deelnemers niet reageren of een nieuwe bewerking uitvoeren wanneer een consensus wordt uitgevoerd.
Een Byzantijnse fout verwijst naar een falende deelnemer die een kwaadwillende agent zou kunnen zijn. Een dergelijke agent kenmerkt zich door het vertonen van willekeurig gedrag afwijkend van de vastgelegde protocollen en het ondernemen van actie.
Het maximale aantal kwaadwillende nodes dat kan worden getolereerd in een op quorum gebaseerd protocol is ⅓ van alle deelnemende nodes in het netwerk. Het totaal is inclusief eerlijke en kwaadaardige nodes.
Prestaties van op quorum gebaseerde protocollen
Om de prestaties van op het quorum gebaseerde consensusprotocollen te meten, worden ze onderverdeeld en geanalyseerd in drie verschillende groepen.
Prestaties van praktische Byzantijnse fouttolerante (BFT) protocollen
De protocollen worden zo genoemd omdat ze praktisch twee belangrijke problemen bereiken. Ze optimaliseren de communicatie en authenticatie tussen deelnemers en blijven functioneel in moeilijk te synchroniseren omgevingen.
Alle communicatie is gecentraliseerd op de leider die de primaire wordt genoemd, terwijl alle andere deelnemers replica's worden genoemd. Een view change-protocol wordt geïmplementeerd wanneer het leidende knooppunt faalt, waarbij de volgende deelnemer in de circulaire cue de nieuwe primaire is. Alle deelnemers hebben de juiste kennis van alle deelnemers en hun handtekeningen voor een betere besluitvorming over stemmen.
Hoewel het een praktische oplossing bood voor de Byzantijnse fout, had het protocol een groot probleem met schaalbaarheid. Om kwaadaardig gedrag te tolereren, moeten alle deelnemers alle andere node-deelnemers kennen en een groot aantal berichten uitwisselen. Het presenteert een computationele complexiteit bij het uitwisselen van berichten.
Uitbreiding is ook een uitdaging omdat het bijna onmogelijk is om een deelnemer toe te voegen. Elke deelnemer die permanent vertrekt, wordt beschouwd als een kwaadwillende actor. Zeer levendige en dynamische blockchain-ecosystemen zouden heel snel de ⅓-limiet bereiken en resulteren in de ineenstorting van het protocol.
Uitvoering van federatieve Byzantijnse overeenkomstprotocollen
Volgens het protocol van de gefedereerde byzantijnse overeenkomst (FBA) is het quorum opgesplitst in verschillende federale eenheden. Het doet dit door verschillende Byzantijnse generaals te hebben, die elk verantwoordelijk zijn voor hun quorumdeel. Het zorgt voor een aanzienlijke toename van transacties, lagere transactiekosten en een kleiner aantal berichtenuitwisselingen.
Volgens het FBA-protocol krijgt elk deelnemend knooppunt de mogelijkheid om te kiezen wie ze willen vertrouwen. Het levert problemen op voor kwaadwillende actoren, aangezien ze een groot aantal geldige nodes moeten overtuigen om kwaadaardige nodes op te nemen in hun vertrouwde lijst.
FBA is in de loop der jaren steeds populairder geworden en heeft grote blockchain-namen aangetrokken. De meest opvallende zijn Ripple inc en Stellar. Sybil-aanvallen zijn de meest opvallende bedreigingen, vooral voor de Ripple-blockchain. Het bestaan van Unique Node Lists voor validators biedt een goede oplossing.
Uitvoering van het gedelegeerde Byzantijnse fouttolerante protocol
Het gedelegeerde Byzantijnse fouttolerante protocol (dBFT) volgt dezelfde uitvoeringsstijl als BFT. Het verschilt echter door de consensus bij verschillende deelnemers te centraliseren, waardoor de schaalbaarheidsproblemen van BFT worden opgelost. Het protocol gebruikt het concept van een reputatie voor de keuze van consensusdeelnemers.
NEO is een van de topspelers met een dBFT-protocol. De acceptatie ervan is vrij gematigd vanwege de mogelijkheid van een gevaarlijke veiligheidsdreiging. Een kwaadwillende leider kan zijn view-change-protocol misbruiken om een deterministische vork te creëren. Ze kunnen dan 2 nieuwe blokken maken met verschillende berichten, waarbij beide blokken geldig zijn en worden geaccepteerd door de deelnemers, waardoor er twee verschillende statussen in het netwerk ontstaan. Een oplossing is het verwijderen van alle berichten die zijn gegenereerd voordat de weergave wordt gewijzigd.
Uitvoering van Byzantijns fouttolerant en gedelegeerd Proof of Stake-protocol
Afgekort als BFT-dPoS, combineert het hybride protocol de hoogwaardige Proof of Possession-protocollen met de beveiliging van BFT-protocollen. Volgens het protocol stemt elke tokenhouder op een blokproducent, waarbij de 21 knooppunten met de meeste stemmen in aanmerking komen. Elk van de 21 heeft dan vaste tijdframes van 0.5 seconde om blokken te produceren, waarbij het proces alfabetisch verloopt.
EOSIO is een van de blockchains die het protocol gebruikt. Het beschikt over geweldige prestaties, zoals 3000 transacties per minuut en BFT-beveiligingsniveaus. Het nadeel is de beperking tot 21 block-makers, waarbij de stemming wordt beïnvloed door de activa die worden bewaard. Het zorgt ervoor dat een botsing om het proces te beheersen mogelijk is.
Opmerking van de auteur
Op quorum gebaseerde consensusprotocollen zijn vrij recent in vergelijking met de niet-quorumprotocollen. Ze zijn echter krachtig omdat ze het probleem van de byzantijnse fout oplossen en bruikbaarheid mogelijk maken zolang kwaadaardige knooppunten geen netwerkmeerderheid vormen.
Hun prestaties verschillen afhankelijk van de protocolklasse waarover wordt gesproken. BFT's bieden enorme schaalbaarheidsproblemen, terwijl FBA's enige vatbaarheid bieden voor Sybil-aanvallen.
dBFT's lossen het schaalbaarheidsprobleem op, maar met de creatie van een view-change protocol-exploit. BFT-dPoS biedt wat de beste functies zouden kunnen zijn, maar vormt de risicobeheersing via collusie. De acceptatie van op quorum gebaseerde protocollen zal echter naar verwachting toenemen naarmate de ruimte meer innovaties krijgt.
Bron: https://crypto.news/the-performance-of-quorum-based-consensus-protocols-in-blockchain/