Skalierbare Blockchain mit Vorvalidierung und Bodyless-Block-Propagation

Core Concepts

Die Bodyless-Block-Propagation (BBP) kann die Transaktionen pro Sekunde (TPS) eines Blockchain-Systems ohne Beeinträchtigung der Sicherheit erhöhen, indem der Blockrumpf während des Blockpropagationsprozesses nicht validiert und übertragen wird. Stattdessen antizipieren die Knoten im Blockchain-Netzwerk die Transaktionen und ihre Reihenfolge im nächsten bevorstehenden Block, so dass diese Transaktionen vor der Geburt des Blocks vorab ausgeführt und vorab validiert werden können.

Abstract

Die Studie präsentiert ein neuartiges Bodyless-Block-Propagations-Schema (BBP) für Ethereum-ähnliche Blockchains, um die Transaktionen pro Sekunde (TPS) zu erhöhen, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen. Kernpunkte: BBP überträgt nur den Blockheader und nicht den Blockrumpf, um die Blockpropagationszeit von der Anzahl der Transaktionen im Block unabhängig zu machen. Es wird ein Algorithmus zur zeitspezifischen Transaktionsauswahl und -sortierung (TSO) vorgeschlagen, um eine Konsensbildung über den Transaktionsinhalt des nächsten Blocks zu erreichen. Ein Algorithmus zur Vorvalidierung wird entwickelt, um die Abhängigkeit von unbestimmten Coinbase-Adressen zu bewältigen. Theoretische Analysen und experimentelle Ergebnisse zeigen, dass BBP das Potenzial hat, eine vollständige TPS-Skalierbarkeit zu erreichen, indem es die Blockpropagationszeit um den Faktor 4 im Vergleich zur aktuellen Ethereum-Blockchain reduziert.

Stats

Die Blockvalidierungszeit in Ethereum besteht hauptsächlich aus der Transaktionsausführungszeit, die linear mit der Anzahl der Transaktionen im Block zunimmt. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Block vollständig mit den Transaktionen in den Transaktionspools der Nachbarknoten übereinstimmt, liegt in Ethereum nur bei etwa 10-20%.

Quotes

"BBP kann die TPS-Skalierbarkeit von O(1/log(N)) auf O(1) verbessern, wobei N die Anzahl der Knoten im Netzwerk ist." "BBP kann die Blockpropagationszeit im Vergleich zur aktuellen Ethereum-Blockchain um den Faktor 4 reduzieren, und seine TPS-Leistung wird durch die Hardwareleistung der Knoten und nicht durch die Blockpropagation begrenzt."

Key Insights Distilled From

Bodyless Block Propagation

by Chonghe Zhao... at arxiv.org 04-04-2024

https://arxiv.org/pdf/2204.08769.pdf

Deeper Inquiries

Wie könnte BBP für andere Blockchain-Konsensalgorithmen wie Proof-of-Stake angepasst werden?

Um das Bodyless Block Propagation (BBP) für andere Blockchain-Konsensalgorithmen wie Proof-of-Stake (PoS) anzupassen, müssten einige Anpassungen vorgenommen werden. Im PoS-Algorithmus werden Blöcke nicht durch Mining, sondern durch den Einsatz von Kryptowährungen erstellt. Daher müsste das BBP-System so modifiziert werden, dass es die Validierung und Vorhersage von Transaktionen basierend auf dem PoS-Algorithmus ermöglicht. Statt der Miner, die Blöcke erstellen, würden im PoS-System die Teilnehmer ausgewählt, um Blöcke zu validieren und zu erstellen. Das BBP müsste daher so gestaltet sein, dass es die Transaktionen vorab validieren kann, bevor sie in den Block aufgenommen werden, um die Effizienz des PoS-Algorithmus zu unterstützen.

Welche Auswirkungen hätte eine unvollständige Synchronisierung der Pre-Packed-Blockbodies auf die Sicherheit und Leistung von BBP?

Eine unvollständige Synchronisierung der Pre-Packed-Blockbodies könnte sowohl die Sicherheit als auch die Leistung von BBP beeinträchtigen. Wenn die Pre-Packed-Blockbodies nicht vollständig synchronisiert sind, könnten einige Knoten unterschiedliche Transaktionen in ihren Blöcken haben, was zu Inkonsistenzen und potenziellen Sicherheitsrisiken führen könnte. Dies könnte zu Fehlern bei der Blockvalidierung und zu Inkonsistenzen in der globalen Zustandsaktualisierung führen, was die Integrität des Systems gefährden könnte. Darüber hinaus könnte eine unvollständige Synchronisierung die Leistung von BBP beeinträchtigen, da die Effizienz des Blockpropagationsprozesses verringert wird und die Blockvalidierung länger dauern könnte.

Wie könnte BBP mit Techniken zur Verbesserung der Transaktionsvorhersage kombiniert werden, um die Effizienz weiter zu steigern?

BBP könnte mit Techniken zur Verbesserung der Transaktionsvorhersage kombiniert werden, um die Effizienz weiter zu steigern, indem die Auswahl und Reihenfolge der Transaktionen optimiert werden. Durch die Integration von Machine-Learning-Algorithmen oder KI-Techniken zur Vorhersage von Transaktionen könnten die Knoten präziser vorhersagen, welche Transaktionen im nächsten Block enthalten sein werden. Dies würde zu einer besseren Vorbereitung der Pre-Packed-Blockbodies führen und die Wahrscheinlichkeit einer vollständigen Synchronisierung erhöhen. Darüber hinaus könnten Vorhersagetechniken dazu beitragen, unexecutierbare Transaktionen frühzeitig zu identifizieren und zu isolieren, was die Effizienz der Blockvalidierung weiter verbessern würde. Durch die Kombination von BBP mit fortschrittlichen Transaktionsvorhersagetechniken könnte die Leistung des Systems optimiert und die Skalierbarkeit verbessert werden.