Sviluppi nel consenso basato su DAG per transazioni più veloci

Nel mondo digitale di oggi, è più importante che mai avere modi veloci ed efficienti per gestire le transazioni. Questo vale soprattutto per i sistemi che usano tecnologia decentralizzata, come le blockchain. Un concetto importante in questo ambito è come diversi nodi, o computer, arrivino a un accordo sull'ordine e la validità delle transazioni. Questo processo è conosciuto come Consenso.

I sistemi decentralizzati possono affrontare delle sfide, specialmente quando alcuni nodi possono fallire o comportarsi in modo errato. Questo si chiama tolleranza ai guasti bizantini (BFT). I metodi tradizionali, come Bitcoin, spesso si basano sul Proof of Work, che può essere lento e consumare molta energia. Si stanno esplorando nuove strategie per migliorare l'efficienza e ridurre i costi.

Un approccio promettente implica i Grafi Aclivi Diretti (DAG), che permettono di elaborare le transazioni in modo più efficiente. Tuttavia, i metodi esistenti hanno ancora svantaggi, come alta latenza e costi di verifica maggiorati. I ricercatori hanno proposto nuove regole e algoritmi per affrontare questi problemi.

Questo lavoro introduce un nuovo metodo che migliora il consenso basato su DAG per accelerare le transazioni e ridurre i costi. L'obiettivo principale è prevedere i risultati delle transazioni prima che siano finalizzati, permettendo un'elaborazione più rapida. Inoltre, viene presentata una nuova struttura chiamata Modello Hyper-Block, che consente ai nodi di generare prove dei risultati delle transazioni senza aspettare che l'intero processo di consenso sia completato.

#Contesto

#Cos'è il Consenso?

Il consenso è il metodo attraverso cui più nodi in un sistema decentralizzato concordano sulla validità e l'ordine delle transazioni. Questo è essenziale per mantenere una rete sicura e affidabile. Nel tempo sono stati sviluppati diversi algoritmi di consenso per migliorare l'efficienza e la robustezza di questi sistemi.

#Le Sfide della Tolleranza ai Guasti Bizantini

La BFT tratta situazioni in cui alcuni nodi nella rete possono agire in modo malevolo o fallire. In tali casi, altri nodi devono comunque raggiungere un accordo sulle transazioni senza sapere in anticipo quali nodi possano essere fidati. Questa è una sfida critica per i sistemi decentralizzati.

#Algoritmi di Consenso Tradizionali

Molte blockchain pubbliche si sono basate su algoritmi di consenso tradizionali, come il Proof of Work. Anche se efficaci in certi modi, sono stati criticati per il loro alto consumo di energia e il throughput limitato delle transazioni. Algoritmi più recenti cercano di trovare un equilibrio tra efficienza e sicurezza.

#L'Ascesa del Consenso Basato su DAG

Gli approcci basati su DAG hanno mostrato promettente nel fornire una migliore efficienza rispetto ai metodi tradizionali. Permettono di elaborare più transazioni simultaneamente anziché in modo sequenziale. Tuttavia, gli algoritmi di consenso basati su DAG faticano ancora con alta latenza nella finalizzazione delle transazioni e con i costi associati alla verifica dei risultati.

#La Soluzione Proposta

Questa ricerca introduce un nuovo metodo per migliorare la velocità e l'efficienza dei sistemi di consenso basati su DAG. Utilizzando una regola unica di impegno delle transazioni e introducendo un nuovo algoritmo di consenso, si possono ottenere miglioramenti significativi.

#Regola di Impegno delle Transazioni

La nuova regola di impegno consente ai nodi di prevedere i risultati delle transazioni prima che siano finalizzati. Questo significa che i nodi possono elaborare rapidamente le transazioni, riducendo il tempo d'attesa per le conferme. Usando questa tecnica, la latenza media per molte transazioni può essere ridotta della metà.

#Nuovo Algoritmo di Consenso: Board e Clerk

L'algoritmo Board e Clerk proposto serve come sostituzione per metodi esistenti come Tusk. L'algoritmo è composto da due componenti principali:

1. Board: Questa parte dell'algoritmo decide sui risultati delle transazioni e impegna rapidamente le transazioni quando possibile.
2. Clerk: Questa parte concorda gli impegni formali e assicura l'aderenza alle regole.

Insieme, creano un modo più efficiente per gestire le transazioni nei sistemi distribuiti.

#Il Modello Hyper-Block

Insieme all'algoritmo Board e Clerk, viene presentato il Modello Hyper-Block. Questo modello genera prove per i risultati delle transazioni insieme al processo di consenso, che tradizionalmente fornisce queste prove solo dopo che il consenso è raggiunto.

#Componenti del Modello Hyper-Block

Un hyper-block contiene tre parti chiave:

1. Prova di Leadership: Prova che un certo nodo è responsabile di una proposta.
2. Impegno per Batches: Conferma delle transazioni incluse in una proposta specifica.
3. Impegno per Transazioni Fallite: Prova riguardo alle transazioni che non hanno avuto successo.

Questo approccio minimizza i ritardi e crea percorsi più chiari per la validazione delle transazioni.

#Caratteristiche Chiave della Proposta

#Canale di Impegno Veloce

Un aspetto significativo della soluzione proposta è il canale di impegno veloce, che consente di impegnare rapidamente molte transazioni basate su risultati prevedibili. Questa funzionalità è essenziale per ridurre la latenza e offre un'esperienza migliore per gli utenti del sistema.

#Stati delle Transazioni Migliorati

Il sistema proposto categoriza le transazioni in vari stati per monitorarne il progresso in modo efficiente. Questi stati includono:

• Verificata: Una transazione che ha superato i controlli iniziali.
• Inviata: Una transazione verificata che è stata proposta.
• Impegnata velocemente: Una transazione che sarà impegnata in futuro, con un risultato confermato.
• Impegnata: Una transazione che è stata ufficialmente accettata dall'algoritmo di consenso.

Questa categorizzazione semplifica l'elaborazione delle transazioni e consente una migliore gestione del loro ciclo di vita.

#Implementazione Pratica

#Test e Valutazione

Per valutare l'efficacia del metodo proposto, sono stati condotti una serie di esperimenti. Questi esperimenti miravano a confrontare le prestazioni del nuovo algoritmo rispetto ai metodi tradizionali come Tusk e Bullshark.

#Metriche Chiave

Le principali metriche analizzate includevano:

• Riduzione della Latenza: Misurazione di quanto rapidamente vengono elaborate le transazioni.
• Tasso di Impegno Veloce: La percentuale di transazioni che possono beneficiare della funzionalità di impegno veloce.

#Risultati Sperimentali

I risultati hanno mostrato che il nuovo algoritmo ha costantemente ridotto la latenza di circa il 50% per molte transazioni rispetto ai metodi tradizionali. È stato anche osservato che aumentando il numero di nodi si è avuta una ripercussione positiva sul tasso di impegno veloce.

#Conclusione

Questa ricerca offre una nuova prospettiva su come migliorare la velocità e l'efficienza delle transazioni nei sistemi decentralizzati. Introducendo l'algoritmo Board e Clerk insieme al Modello Hyper-Block, si possono ottenere miglioramenti significativi nel processo di consenso.

Le metodologie proposte non solo avanzano l'elaborazione delle transazioni, ma riducono anche i costi complessivi coinvolti nella verifica. Con la crescente domanda di sistemi più veloci ed efficienti, questa ricerca mira a contribuire con intuizioni preziose e incoraggiare ulteriori esplorazioni di soluzioni innovative nel computing decentralizzato.