El futuro del consenso de Blockchain | julio 2023

Por Vincent Gramoli, Qiang Tang

Comunicaciones de la ACM, julio de 2023, vol. 66 No. 7, páginas 79-80
10.1145/3589225
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El problema del consenso bizantino se definió originalmente en 1982. La idea es que las máquinas correctas (o nodos) propongan valores y lleguen a un consenso a pesar de la presencia de maliciosos (o bizantinos). Más precisamente, se deben satisfacer tres propiedades: estos nodos correctos deben eventualmente decidir (terminación); su decisión debe ser idéntica (acuerdo); y el valor que decidan debe ser uno de los valores propuestos (validez). Desde entonces, ha habido muchos protocolos para diferentes modelos.

Lamentablemente, la mayoría de las soluciones de consenso clásicas se diseñaron para redes de área local y, por lo general, se ilustraron con cuatro nodos bien conectados que ejecutan un sistema de archivos de red. Con el advenimiento de las tecnologías de cadena de bloques, el problema del consenso se volvió crucial para que los nodos de la cadena de bloques se pusieran de acuerdo sobre los mismos bloques. Pero las cadenas de bloques se implementan entre muchos nodos repartidos por la Internet abierta, lo que naturalmente plantea nuevos desafíos, como hacer que los protocolos de consenso sean robustos y eficientes a gran escala y en redes no puramente síncronas. Como los protocolos de consenso clásicos no se diseñaron para una Internet grande y abierta cualitativamente diferente, el consenso de la cadena de bloques enfrentó limitaciones y requirió nuevas perspectivas para abordarlas.

Redbelly Blockchain demostró que resolver el consenso no impidió escalar a 1000 máquinas distribuidas geográficamente en todo el mundo.

Nuestro trabajo reciente ha llevado a avances significativos que impulsan el consenso de blockchain para que sea verdaderamente escalable y robusto, al tiempo que conserva un alto rendimiento.

El camino de Redbelly para hacer que el consenso de blockchain sea verdaderamente escalable. El quid del problema que impedía que estos recientes sistemas de cadena de bloques funcionaran de manera eficiente a gran escala radica en el hecho de que estas soluciones generalmente resuelven la garantía de validez tradicional de 1982, lo que obliga a los nodos de la cadena de bloques a decidir un solo bloque en cada índice, independientemente del número. de bloques propuestos. Por lo tanto, es extremadamente difícil que el rendimiento de la cadena de bloques aumente con la cantidad de recursos del nodo.

Nuestros nuevos protocolos de cadena de bloques surgieron con la intención de resolver el consenso y escalar a grandes redes. La idea, ilustrada por Redbelly Blockchain² de la Commonwealth Science Industry and Research Organisation (CSIRO) y la Universidad de Sydney, consiste en resolver una variante ligeramente diferente del problema de consenso, decidiendo un superbloque compuesto por múltiples bloques propuestos. Esto condujo a importantes mejoras de escalabilidad, ya que la cantidad de transacciones decididas finalmente pudo escalar linealmente con la cantidad de nodos participantes. Como resultado, Redbelly Blockchain demostró que resolver el consenso no impidió escalar a 1000 máquinas distribuidas geográficamente en todo el mundo.

El gobierno federal australiano incluyó Redbelly Blockchain como parte de su National Blockchain Roadmap. Para fortalecer la seguridad, el protocolo de consenso de Redbelly Blockchain se verificó formalmente con la verificación de modelos,¹ lo que reduce drásticamente los riesgos de errores humanos que han sido evidentes en otras cadenas de bloques. Algunos resultados recientes demuestran que, si bien las cadenas de bloques modernas no pueden ejecutar rastros reales en aplicaciones descentralizadas,^a Redbelly Blockchain podría.⁵ Las técnicas para hacer que las cadenas de bloques sean escalables y resolver el consenso ahora son parte de un libro y se enseñan en línea a miles de estudiantes en el MOOC de escalabilidad de cadenas de bloques de la Universidad de Sydney en Coursera. Se pueden encontrar más detalles en https://gramoli.github.io.

El camino de Dumbo para hacer realidad el consenso asíncrono. La mayor parte del consenso en uso puede garantizar que funcione solo en redes síncronas (suponiendo que todos los mensajes se entreguen dentro de algún parámetro de tiempo). Esto los hace vulnerables en la Internet abierta, que es naturalmente asíncrona debido a las condiciones dinámicas de la red o incluso a los ataques a la red. La razón por la que el consenso asíncrono aún no se usa se debe a su complejidad, como lo sugiere la famosa imposibilidad de FLP de que el consenso asíncrono determinista no existe. A lo largo de los años, se ha dedicado un gran esfuerzo a diseñar varios protocolos aleatorios para eludir la imposibilidad. Desafortunadamente, la mayoría de ellos son de naturaleza teórica y no se implementaron, hasta el reciente HoneyBadgerBFT, que esencialmente preguntó a la comunidad si el consenso asíncrono puede ser práctico.

Nuestros nuevos protocolos de cadena de bloques surgieron con la intención de resolver el consenso de Internet, es decir, escalar a redes grandes y ser robustos en la red asíncrona conservando un alto rendimiento.

El progreso reciente de la familia de protocolos Dumbo responde afirmativamente a la pregunta. Comenzando con DumboBFT,³ Se identificaron los principales cuellos de botella de HoneyBadgerBFT (que lo hacen mucho más lento cuando se amplía), y se propuso un nuevo principio de diseño para usar una herramienta diferente llamada acuerdo bizantino validado multivaluado (MVBA) para vencer el obstáculo de lograr solo una pequeña cantidad constante de rondas. (sin importar la escala). En Dumbo-MVBA,^b finalmente se resolvió un problema abierto de larga data de comunicación MVBA óptima. Más importante aún, la nueva metodología de diseño permite un Speeding Dumbo más compacto e incluso más rápido,^C y una estructura estricta de transmisión y votación para el consenso asincrónico para lograr un alto rendimiento sin sacrificar la latencia en Dumbo-NG,^d que cosecha la mayor parte del ancho de banda.

Cifra. El equipo de investigación Redbelly Blockchain de la Universidad de Sydney.

Teniendo en cuenta que los protocolos de consenso síncronos deterministas son muy rápidos (pero pueden no funcionar en la Internet abierta), mientras que el consenso asíncrono es robusto (más lento), la combinación reciente sacó lo mejor de ambos. Específicamente, un nuevo marco práctico para el consenso asíncrono optimista llamado Bolt-Dumbo-Transformer⁴ fue propuesto. Cuando se implementan y prueban en más de 100 nodos repartidos en los cinco continentes, los protocolos de Dumbo muestran ventajas de órdenes de magnitud sobre los protocolos anteriores y evidencia clara de rendimiento práctico. La amplia cobertura de los medios incluye CoinDesk y múltiples medios de comunicación importantes que cubren los protocolos de Dumbo. Se pueden encontrar más detalles en https://alkistang.github.io.

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