新型区块链协议突破性创新：兼顾高吞吐量和低延迟

区块链技术自比特币问世以来已经取得了巨大进步。随着游戏和NFT等新应用场景的出现，区块链社区不断探索如何提高技术效率，特别是在处理高负载和实现实时延迟方面。L1区块链面临两大挑战:一是在保持低延迟的同时实现高吞吐量,二是确保共识协议长期稳定。在解决这些问题时,还需通过验证节点的动态参与和重新配置来维持去中心化。

实现高吞吐量的一种方法是采用基于DAG的共识协议。这类协议使区块链能够同时处理大量交易,非常适合游戏和NFT等应用场景。但基于DAG的协议会导致几秒钟的延迟,对普通转账或游戏操作来说时间成本较高。

另一方面,无共识协议在降低延迟和提升扩展性方面展现出巨大潜力。这些协议无需共识,允许快速处理交易,无需对并行处理的独立交易进行排序。但它们仅限于一类受限的简单区块链操作,限制了可实现的智能合约功能,且重新配置动态变化的验证者集可能具有挑战性。

尽管这些方法具有潜力,但目前都没有用于生产级区块链,仅在学术会议上发表,未被区块链社区广泛采用。某区块链网络的支持协议结合了基于DAG的共识和无共识方法,实现了两全其美:亚秒级延迟和每秒数千笔交易的持续吞吐量。该网络完成了这两个任务,同时保持了在共享对象上表达复杂合约、生成检查点以及跨时期重新配置验证者集的能力。

该协议采取了独特的方法,结合了上述两种方案。为确保单个所有者资产(拥有的对象)操作的安全性,系统在验证者之间采用一致的广播协议,实现低于共识的延迟。该协议仅依靠共识处理共享对象上的复杂智能合约,即任何用户都可以改变的对象。它还支持网络维护操作,如定义检查点和重新配置验证器。在复制的拜占庭环境中处理交易时,这种新颖策略提供了兼顾效率和安全性的方法。

在该协议中,拥有私钥的用户创建并签署交易,以改变他们拥有的对象,或拥有对象和共享对象的组合。交易被发送到每个验证节点,节点执行一系列有效性和安全性检查,对其签名,并将已签名的交易返回给客户端。客户端收集大多数验证节点的响应形成交易证书,此时交易被认为是不可逆的。

证书组装完成后发送回所有验证节点,节点检查其有效性并确认收到。如涉及独占对象,交易证书可立即处理执行,无需等待共识引擎。所有证书都转发到基于DAG的共识协议。共识最终输出证书的总顺序;验证节点检查并执行包含共享对象的交易,客户可收集大多数验证节点的响应,组装成效果证书,作为交易结算的证明。随后为每个共识提交形成检查点,用于驱动重新配置协议。

除主要交易流程外,该协议还提供多项设施支持生产级区块链:实施检查点协议,产生系统中所有交易的因果历史;支持每个时期结束时的重新配置;在时期结束时安全"解锁"错误锁定的资产,将漏洞损害降至最低。

该协议支持一个为用户管理大量价值的区块链。完整的技术报告提供了更多关于安全和活性协议运行的详细信息,以及它们在标准分布式系统模型中与部分同步的拜占庭参与者的安全性证明。