Casanova:En skalerbar konsensusprotokol for blockchain

Et team af forskere ved Pyrofex Corporation introducerede for nylig Casanova, en lederløs optimistisk konsensusalgoritme velegnet til brug i en blockchain. I stedet for at producere en kæde, Casanova producerer blokke i en rettet acyklisk graf (DAG), som i det væsentlige er en rettet graf uden cyklusser. Casanova pipelinerer afstemningsrunder og blokerer produktion for at forbedre skalerbarheden og har et unikt 'linjepost-veto' for modstridende transaktioner såsom dobbeltudgifter.

"Vi ledte efter en skalerbar konsensusalgoritme, som vi kunne bruge til at implementere et par forskellige blockchain -projekter, vi har gang i, "fortalte Pyrofex -forskerholdet til TechXplore, via e-mail. "Vi troede oprindeligt, at Casper måske havde ret og prøvede at bevise, at det var sikkert og leve under ideelle netværksforhold. Det tog slet ikke lang tid at vise, at det ikke var tilfældet, og at konkludere, at vi ville være nødt til at foretage nogle væsentlige ændringer . Vores nye algoritme behandler alle de problemer, vi stod overfor, men det krævede meget afvigelse fra tidligere tilgange."

De fleste eksisterende blockchain-teknologier spilder betydelig tid og ressourcer på at få hele netværket til at blive enige om den globale bestilling af hver enkelt transaktion. Selvom dette kan synes rimeligt, forskerne mener, at en god blockchain-tilgang burde være i stand til at behandle transaktioner i enhver rækkefølge.

"Vi bør kun bruge energien og ressourcerne til at nå til konsensus, når det er nødvendigt at gøre det - dvs. når der er to modstridende transaktioner, og netværket skal vælge præcis én, " sagde forskerne. "Andre blockchains har prøvet noget lignende, men med Casanova var vi i stand til at specificere nøjagtigt, hvordan vi skulle opnå dette."

Et bemærkelsesværdigt kendetegn ved Casanova er, at det ikke bygger en blockchain i sig selv, men bygger hellere en DAG. Forskerne omtaler Casanovas struktur som en 'blokdag'. Hvis en blockchains struktur kan sammenlignes med en streng, en blokdag ligner et stykke stof med flere snore vævet sammen.

"Derfor, i stedet for at bekræfte en blok ad gangen, Casanova bekræfter en blok ad gangen pr. medlem af netværket, "sagde forskerne." Så hvis netværket har 1, 000 medlemmer, vi kan bekræfte 1, 000 blokke på én gang i stedet for kun 1. Vi udfører alt dette arbejde på samme tid, som en almindelig blockchain ville bruge på at nå til enighed om en enkelt blok. "

Casanova har validatorer i stedet for minearbejdere, og disse producerer blokke på regelmæssig basis, en gang hvert minut eller deromkring. Når validatorerne modtager en transaktion fra en klient, de inkluderer det i deres næste blok og underskriver blokken for at vise, at de har set det.

Validatorer udveksler også blokke med hinanden, for at sikre, at alle ser alle transaktioner. Når en validator er klar til at producere en ny blok, den indeholder oplysninger om blokke, som den har set fra alle andre.

"Den eneste bekymring er, når to modstridende transaktioner ankommer, som når en bruger forsøger at fordoble forbrug, " forklarede forskerne. "Når validatorer ser en konflikt, de inkluderer oplysninger om det i deres næste blok. Ved at bruge oplysningerne fra alles blokke, netværket bestemmer, hvilken transaktion der er gyldig, og hvilken de smider væk."

Selvom det måske føles som om denne proces ikke er nok til at garantere sikkerhed, validatorerne bruger matematiske strukturer til at spore både transaktioner og de andre validatorers stemmer. Ifølge forskerne, dette giver dem mulighed for at foretage vigtige konklusioner, som i sidste ende sikrer sikkerheden.

"En af Casanovas smukkere funktioner er dette:Du kan spamme netværket med dobbelte forbrug, som vil bremse det, men netværket vil kun bremse for spammerens konto, " sagde Pyrofex-forskerholdet. "Alle andres transaktioner bliver behandlet med den sædvanlige hastighed, fordi du ikke kan tvinge dem til at komme i konflikt med dine transaktioner. Casanova har en slags 'linjepost veto' på spamtransaktioner, der er unik i branchen, så vidt vi ved."

Selvom der er flere blockdag-algoritmer derude, de fleste af dem er bevis på arbejde (PoW), mens Casanova er bevis på spil (PoS). Ud over, de fleste eksisterende protokoller forsøger at give en total ordre i tilfælde, hvor en delordre ville være tilstrækkelig.

"Vi er den første proof-of-stake blockdag konsensus-algoritme, som vi kender til, og vi holder transaktioner i en delvis ordre, "forskerne skrev." Vi har også gjort nogle grundlæggende nye observationer om, hvordan medlemmerne af en blockchain skal registrere og spore information. "

Forskerne skal udgive et nyt papir, hvori de vil forklare, hvorfor deres observationer er mere generelle, matematisk stærkere og har en klarere betydning end dem, der er indsamlet ved hjælp af andre blokkæder eller kryptokurver. En stor fordel ved Casanova er, at den er ret generel, gør det nemt for brugerne at skræddersy algoritmen til deres specifikke behov.

"Attestationsobservationen er også vigtig; det er en af ​​hovedårsagerne til, at vi forventer, at vores konsensusalgoritme skriger hurtigt, " forklarede forskerne. "Vi designede en konsensusalgoritme til at være hurtig, sikker, og robust mod netværksfejl. Derefter, vi byggede en transaktionsmodel til det, der kunne bruges til at bygge en blockchain. Det er derfor, vi tror, ​​at vores teknologi vil være hurtigere og enklere end de fleste teknologier, der er tilgængelige i dag."

For at udvide omfanget af deres undersøgelse, forskerne arbejder nu på at implementere et proof of concept og formelt verificere det i proof-assistenten Agda. Udviklingen af ​​Casanova gav dem mulighed for at indsamle værdifuld indsigt i den eksisterende pulje af konsensuslitteratur, som de planlægger at skrive op og udgive i løbet af de næste par måneder.

"Vi har også udviklet en hovedbogsmodel, der er egnet til brug med Casanova, som vi kommer til at bygge ind i en blockchain i den nærmeste fremtid, " sagde forskerne. "Vi arbejder på en beregningsmodel, der er egnet og vil give os mulighed for at bygge en smart kontrakterende blockchain. Der er meget at gøre, herunder meget af bevis-for-indsatsen maskiner som belønninger, gebyrer, binding, uforpligtende, og så videre. Det bliver et travlt år. "

© 2018 Science X Network