Алгоритм консенсуса Verifiable Byzantine Fault Tolerance (VBFT)

Привет, читатели. Для вас не секрет, что члены криптовалютного сообщества постоянно заняты разработками новых алгоритмов и консенсусов. Эти разработки направлены на поиск идеального решения, которое было бы экономичным, быстрым, масштабируемым и безопасным. Все существующие протоколы имеют как преимущества перед другими моделями, так и недостатки, что повлекло за собой появление множества гибридных алгоритмов. И сегодня об одном таком гибриде мы и поговорим.

Verifiable Byzantine Fault Tolerance

VBFT — это относительно новый (выпущен в 2018 году) согласованный алгоритм, который объединяет Proof-of-stake, VRF (верифицируемую случайную функцию) и BFT. Это основной консенсусный алгоритм многофункциональной блокчейн-платформы Ontology, созданный специально для нее. VBFT может поддерживать масштабируемость консенсусных групп, с помощью VRF гарантировать случайность и справедливость генерации консенсусной совокупности и обеспечивать быстрое достижение конечного состояния.

Алгоритм VBFT может рассматриваться как улучшение алгоритма византийской отказоустойчивости с точки зрения верифицируемой случайной функции. В алгоритме VBFT сначала на основе VRF выбираются узлы-кандидаты в согласованной сети, устанавливаются узлы проверки блоков, устанавливаются узлы подтверждения, а затем согласование завершается выбранным набором узлов.

Из-за фактора случайности, введенной VRF, альтернативные узлы предложения / узлы проверки / узлы подтверждения каждого раунда отличаются и их трудно предсказать. Это обеспечивает повышенную защиту от атак для всей сети.

Что происходит в каждом раунде консенсуса VBFT.

1. Узлы заявки выбираются из согласованной сети в соответствии с VRF. Каждый узел-кандидат будет независимо предлагать блок.
2. Несколько узлов проверки выбираются из согласованной сети в соответствии с VRF, и каждый узел проверки собирает блоки из сети, проверяет их, а затем голосует за блоки-кандидаты с наивысшим приоритетом.
3. Несколько узлов подтверждения из согласованной сети выбираются в соответствии с VRF, выполняют проверку результатов голосования вышеупомянутых узлов проверки и определяют окончательные согласованные результаты.
4. Все узлы получают итоговый согласованный результат от узла подтверждения и начинают новый раунд.

VRF+PoS+BFT

Значение VRF каждого раунда блоков в текущем алгоритме VBFT определяется предыдущим циклом согласованных блоков. Конкретный алгоритм извлекает изменчивую информацию из предыдущего блока, вычисляет хэш и генерирует 1024-битное значение хеша. Это значение хеш-функции будет принято как значение VRF следующего блока.

Алгоритм VBFT проверяет случайное значение после предыдущего раунда и выбирает узлы для участия в новом раунде консенсуса на основе PoS, учитывая стратегию управления всей консенсусной сетью. Хотя можно предположить, что сами значения VRF являются равномерно распределенными и случайными, выбор узла VBFT все еще следует согласованной стратегии управления сетью.

Так как значение VRF, сгенерированное одним блоком, является проверяемым, все узлы будут согласованы с VRF одинаковой высоты блока, если нет разветвления. В алгоритме VBFT для каждого раунда набор узлов выбирается методом PoS на основе VRF последовательно. Следовательно, каждое значение VRF определяет последовательность согласованных узлов. Эта случайно выбранная последовательность может быть принята как один приоритетный порядок всех согласованных узлов.

Выбор вилки VBFT

Онтология работает в общедоступной сети и сталкивается с возможностью сбоя или злонамеренных атак. Хотя алгоритм консенсуса VBFT случайным образом выбирает узлы для участия в консенсусе и снижает вероятность сетевых атак, он все равно сталкивается с риском разветвления в случае изоляции сети.

Мы уже знаем, что VRF каждого блока может определять последовательность узлов. Когда в VBFT есть выбор ветвления, VBFT определяет последовательность узлов, упорядочивая их по приоритетности. На основе этой последовательности приоритетов могут быть рассчитаны весовые коэффициенты каждого разветвления, и каждый узел выбирает подходящий разветвитель на основе весового коэффициента соответствующего разветвления.

Поскольку каждый блок определяется порядком приоритетов узлов VRF, очень трудно, а точнее практически невозможно продолжать поддерживать вредоносный форк — он самостоятельно прекратит функционировать. В результате алгоритм VBFT также обеспечивает быструю завершенность состояния.

Автоконфигурация VBFT

Чтобы обеспечить качество, смарт-контракт управления согласованием Ontology автоматически обновляет список узлов в согласованной сети на регулярной основе. В случае кибератак умный контракт управления консенсусом также поддерживает обязательное обновление списка узлов в сети консенсуса посредством голосования на основе ставок.

Новый узел будет добавлен при следующем обновлении согласованной сети после того, как для этого узла будет заблокировано больше ставок и будет подтверждено, что он соответствует требованиям производительности.

Интервал времени, после которого сеть обновляется посредством умного контракта, составляет единицу блока. После того, как каждая обновленная консенсусная сеть завершает заданное количество блоков, предложение альтернативного узла для следующего блока должно создать интеллектуальную контрактную транзакцию управления консенсусом и упаковать ее в следующий блок предложения в качестве первой транзакции в блоке. Соответствующий узел проверки согласования и узел подтверждения также проверяют предложенный узел, чтобы убедиться, что транзакция управления согласованием включена в предложение блока.

После достижения консенсуса в блоке, содержащем транзакцию интеллектуального контракта управления консенсусом, каждый узел автоматически выполняет этот контракт, обновляет список узлов консенсуса и завершает обновление.

Завершение обзора

Модель консенсусного алгоритма VBFT позволяет обеспечить безопасность сети благодаря случайному выбору правомерных узлов, основанному на VRF. При этом алгоритм отличается значительной масштабируемостью, а политика кандидатских узлов, которые следят за узлами консенсуса, гарантирует честный согласованный механизм. Этот алгоритм можно с уверенностью назвать децентрализованным, надежным и масштабированным, но на данный момент он, к сожалению, доступен к использованию только в одном блокчейне.

На этом все и до новых встреч!