Ouroboros Leios: Kỷ nguyên mới về hiệu suất blockchain
Ngày 04 tháng 05 năm 2023 - Chia sẻ bài viết này trên Twitter | Facebook | Telegram
Giải thích đơn giản
Hãy tưởng tượng thế giới blockchain giống như một thành phố và chúng ta đang cố gắng làm cho lưu lượng truy cập nhanh hơn và hiệu quả hơn. Ouroboros Leios giống như một hệ thống giao thông mới giúp đạt được mục tiêu này. Nó đảm bảo những chiếc xe (giao dịch) có thể di chuyển tốt hơn và không bị kẹt xe.
Leios thực hiện điều này bằng cách tạo ra một hệ thống đường phức tạp hơn (cấu trúc blockchain) cho phép ô tô di chuyển theo các hướng khác nhau cùng một lúc, vì vậy chúng không phải đợi nhau. Hệ thống mới này cũng có một số tính năng thú vị như các làn đường khác nhau (phí giao dịch theo bậc) để dịch vụ nhanh hơn hoặc chậm hơn và cập nhật giao thông nhanh hơn (đồng bộ hóa chuỗi nhanh hơn).
Tuy nhiên, trước khi chúng ta có thể sử dụng hệ thống giao thông mới này trong thành phố của mình (Cardano), chúng ta cần đảm bảo rằng nó an toàn và hoạt động tốt. Chúng ta phải lập kế hoạch, thử nghiệm và thực hiện các điều chỉnh để phù hợp với bố cục thành phố hiện tại của chúng ta. Quá trình này có nhiều bước, chẳng hạn như hoàn thiện thiết kế, tìm hiểu cách thiết kế sẽ hoạt động với thành phố hiện tại của chúng ta và đảm bảo thiết kế đó an toàn và hiệu quả.
Sau khi hoàn thành tất cả các bước này, chúng ta có thể sử dụng hệ thống giao thông mới này (Ouroboros Leios) trong thành phố của chúng ta (Cardano) và mọi người có thể tận hưởng các chuyến đi nhanh hơn và mượt mà hơn trong thế giới blockchain.
Giới thiệu
Khi thế giới công nghệ blockchain phát triển, những giải pháp mới xuất hiện để giải quyết những hạn chế hiện tại và tạo ra các hệ thống an toàn và hiệu quả hơn. Một trong những cải tiến như vậy là Ouroboros Leios, một biến thể đột phá của thuật toán blockchain Ouroboros.
Được thiết kế để tăng thông lượng trong khi duy trì các thuộc tính bảo mật mạnh mẽ, Ouroboros Leios nhằm mục đích vượt qua những thách thức mà những người tiền nhiệm của nó phải đối mặt và vượt qua ranh giới của công nghệ blockchain.
Các hạn chế của các biến thể Ouroboros hiện tại bắt nguồn từ sự phụ thuộc vào dữ liệu và giao tiếp trong thuật toán phân tán, hạn chế thông lượng. Ouroboros Leios khắc phục những hạn chế này bằng cấu trúc blockchain sáng tạo có tính năng mới "Phụ thuộc dữ liệu đồng thời" (concurrent data dependencies).
Giải thích thuật ngữ "Concurrent Data Dependencies"
Trong lĩnh vực công nghệ thông tin, "concurrent data dependencies" là mối quan hệ giữa các tác vụ đồng thời (concurrent tasks) trong một ứng dụng, khi một tác vụ phụ thuộc vào dữ liệu được tạo hoặc sử dụng bởi các tác vụ khác.
Cụ thể, khi một số tác vụ đồng thời trong ứng dụng chia sẻ các tài nguyên dữ liệu như bộ nhớ, cơ sở dữ liệu, hoặc các thiết bị ngoại vi, một tác vụ có thể cần phải đợi cho đến khi các tác vụ khác hoàn thành việc sử dụng tài nguyên đó trước khi nó có thể tiếp tục thực hiện. Trong trường hợp này, các tác vụ đó có sự phụ thuộc dữ liệu đồng thời (concurrent data dependencies).
Việc quản lý các phụ thuộc dữ liệu đồng thời là một thách thức đối với các lập trình viên, vì nó có thể dẫn đến các vấn đề liên quan đến độ tin cậy, hiệu suất và đồng bộ hóa của ứng dụng. Các thuật toán và kỹ thuật quản lý phụ thuộc dữ liệu đồng thời như locking, latching và transactional memory được sử dụng để đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu và tránh các xung đột dữ liệu không mong muốn trong các ứng dụng đồng thời.
Cách tiếp cận này cho phép tăng tính song song và sử dụng tài nguyên, dẫn đến thông lượng cao hơn và hiệu suất tổng thể được nâng cao.
Ngoài việc giải quyết các vấn đề về thông lượng, Ouroboros Leios kết hợp các tính năng hiện đại để nâng cao tính thực tế và trải nghiệm người dùng. Các tính năng này bao gồm phí giao dịch theo cấp độ với mức độ ưu tiên dịch vụ tương ứng và đồng bộ hóa chuỗi nhanh hơn đạt được bằng cách loại bỏ nhu cầu thực hiện mọi hợp đồng thông minh.
Điều quan trọng là phải thừa nhận rằng việc triển khai Ouroboros Leios trong Cardano không phải là không có những thách thức. Quá trình này sẽ yêu cầu chuẩn bị cẩn thận, tạo nguyên mẫu, phân tích và chính thức hóa trước khi có thể tích hợp thành công vào cơ sở mã hiện có.
Khi sự phát triển của Ouroboros Leios tiến triển, tác động tiềm năng của nó đối với ngành công nghiệp blockchain chắc chắn sẽ thu hút sự chú ý và tạo ra cuộc thảo luận.
Với cách tiếp cận sáng tạo để khắc phục những hạn chế của các biến thể Ouroboros trước đây, Ouroboros Leios đại diện cho một bước tiến đáng kể trong quá trình phát triển không ngừng của công nghệ blockchain.
Mục tiêu thiết kế của Ouroboros Leios:
Tăng thông lượng trong khi duy trì các thuộc tính bảo mật tuyệt vời: Mục tiêu thiết kế chính của Ouroboros Leios là tăng cường thông lượng mà không ảnh hưởng đến bảo mật. Điều này đạt được thông qua cấu trúc blockchain sáng tạo với các "Phụ thuộc dữ liệu đồng thời", cho phép tăng tính song song và sử dụng tài nguyên. Các "Phụ thuộc dữ liệu đồng thời" được tận dụng bằng cách sử dụng thuật toán phát tán song song đồng thời để xây dựng blockchain. Quy trình phân tích bảo mật nghiêm ngặt đảm bảo độ tin cậy và bảo mật của thuật toán Ouroboros Leios.
Khả năng tương thích với cơ sở hạ tầng blockchain hiện có: Ouroboros Leios nhằm mục đích tương thích với cơ sở hạ tầng blockchain hiện tại, cho phép nó tích hợp với các mạng hiện có mà không có thay đổi đáng kể đối với cơ sở hạ tầng cơ bản. Khả năng tương thích này tạo điều kiện cho các nhà phát triển và người dùng chấp nhận, cho phép họ hưởng lợi từ việc tăng thông lượng và các tính năng hiện đại.
Tích hợp các tính năng hiện đại như:
— Phí giao dịch theo bậc với mức độ ưu tiên dịch vụ tương ứng: Ouroboros Leios giới thiệu phí giao dịch theo bậc dựa trên mức độ ưu tiên của dịch vụ. Người dùng có thể chọn mức độ dịch vụ theo nhu cầu của họ và trả một khoản phí tương ứng. Cách tiếp cận này làm cho Ouroboros Leios trở nên thiết thực và thân thiện hơn với người dùng, tránh xa mô hình "một giải pháp cho tất cả".
— Đồng bộ hóa chuỗi nhanh hơn bằng cách loại bỏ nhu cầu thực hiện mọi hợp đồng thông minh: Ouroboros Leios cho phép đồng bộ hóa chuỗi nhanh hơn bằng cách loại bỏ yêu cầu thực hiện tất cả các hợp đồng thông minh. Các node có thể đồng bộ hóa với mạng mà không cần thực hiện mọi hợp đồng thông minh, giúp giảm thời gian đồng bộ hóa. Cải tiến này làm cho Ouroboros Leios trở nên thiết thực và thân thiện hơn với người dùng, nâng cao hiệu suất mạng và hiệu quả đồng bộ hóa.
Ouroboros Leios hoạt động như thế nào?
Sự đổi mới cốt lõi đằng sau Ouroboros Leios nằm ở cấu trúc blockchain mới với các "Phụ thuộc dữ liệu đồng thời". Không giống như các cấu trúc blockchain tuyến tính truyền thống, Ouroboros Leios có cấu trúc phức tạp hơn cho phép "Phụ thuộc dữ liệu đồng thời", cuối cùng cho phép tăng tính song song và sử dụng tài nguyên.
Để khai thác các "Phụ thuộc dữ liệu đồng thời" này, Ouroboros Leios sử dụng thuật toán phát tán song song đồng thời để xây dựng blockchain. Thuật toán xoay quanh một số đối tượng, bao gồm khối đầu vào (input block), khối chứng thực (endorsement blocks), báo cáo chứng thực (endorsement reports), chứng chỉ chứng thực (endorsement certificates) và khối xếp hạng (ranking blocks).
Các khối đầu vào được tạo bởi những người dùng đang tìm cách thêm giao dịch vào blockchain, trong khi các khối xác nhận được tạo bởi những người xác thực xác thực các giao dịch trong các khối đầu vào và xác nhận chúng.
Các báo cáo chứng thực sau đó được tạo bởi những người xác nhận khác xác nhận khối chứng thực và chứng chỉ chứng thực được tạo bởi một nhóm người xác thực khác xác nhận báo cáo chứng thực.
Các khối xếp hạng dùng để xếp hạng các trình xác thực dựa trên hiệu suất của chúng trong việc chứng thực các giao dịch, với các trình xác thực xếp hạng cao hơn sẽ có nhiều ảnh hưởng hơn trong quá trình đồng thuận.
Sự tương tác liền mạch của các đối tượng này đảm bảo rằng blockchain được xây dựng theo cách tối đa hóa tính song song và sử dụng tài nguyên trong khi vẫn duy trì các thuộc tính bảo mật vượt trội.
Sự "Phụ thuộc dữ liệu đồng thời" tạo điều kiện xử lý đồng thời nhiều giao dịch, dẫn đến tăng thông lượng và giảm thời gian xác nhận giao dịch.
Thêm chi tiết về cấu trúc blockchain Ouroboros Leios
Cấu trúc blockchain Ouroboros Leios bao gồm bốn loại khối riêng biệt: Khối xếp hạng (RB), Khối xác nhận (EB), Báo cáo xác nhận (ER) và Khối đầu vào (IB). Mỗi loại khối phục vụ một mục đích cụ thể và duy trì mối quan hệ cụ thể với các loại khối khác.
- Khối xếp hạng (RB): RB chịu trách nhiệm đạt được sự đồng thuận và thiết lập thứ tự tổng thể. Mỗi RB tham chiếu đến RB trước đó và không có hoặc nhiều EB, bao gồm chứng chỉ xác nhận tương ứng của chúng. RB được tạo bằng cách sử dụng lịch trình lãnh đạo riêng dựa trên Hàm ngẫu nhiên có thể xác minh (VRF) và được tính trọng số theo cổ phần.
- Khối xác nhận (EB): EB giúp thống nhất về sự tồn tại và tính hợp lệ của các khối đầu vào bằng cách nhóm nhiều khối đầu vào để cho phép báo cáo về chúng dưới dạng một đơn vị. EB được tạo bằng cách sử dụng lịch trình lãnh đạo riêng dựa trên VRF và được tính theo cổ phần.
- Báo cáo xác nhận (ER): ER chứng minh sự tồn tại và tính hợp lệ của gói các khối đầu vào được EB tham chiếu. Khi được tổng hợp, với đủ ER để đại diện theo thống kê cho hơn 50% cổ phần, chúng được gọi là chứng chỉ chứng thực. ER được tạo bởi các node được bầu làm người báo cáo trong một cuộc xổ số VRF có trọng số cổ phần riêng biệt.
- Khối đầu vào (IB): IB mang trọng tải blockchain, bao gồm các giao dịch. Mỗi IB chứa một chuỗi các giao dịch và tham chiếu đến một RB gần đây. IB được tạo bằng cách sử dụng lịch trình lãnh đạo riêng dựa trên VRF.
Mối quan hệ giữa các loại khối này như sau:
- RB tham chiếu đến RB trước đó và không có hoặc nhiều EB, bao gồm chứng chỉ xác nhận tương ứng của chúng.
- EB tham chiếu nhiều IB và không hoặc nhiều EB khác.
- IB tham chiếu đến một RB gần nhất.
- ER tham chiếu tới EB mà chúng đang báo cáo.
Tần suất tạo cho mỗi loại khối khác nhau là khác nhau. RB được tạo khoảng 15–30 giây một lần, trong khi EB được tạo thường xuyên hơn RB. IB được tạo ở tốc độ cao bằng cách điều chỉnh ngưỡng xổ số VRF. ER được tạo trên một số vị trí cố định sau khi tạo EB mà chúng đang báo cáo.
Thông tin chi tiết khác về các tính năng của Ouroboros Leios
- Mempool sharding: Các giao dịch được chia thành các mempool riêng biệt, cho phép xử lý song song các giao dịch và cải thiện thông lượng.
- Thời gian tối thiểu và tối đa để đưa vào: Các giao dịch chỉ được đưa vào một khối nếu chúng nằm trong một khoảng thời gian cụ thể, điều này giúp ngăn chặn sự chậm trễ trong việc tạo khối và đảm bảo xử lý kịp thời.
- Bảo vệ ký kép: Tính năng này ngăn các nhà sản xuất khối ký đồng thời nhiều khối, tăng cường tính bảo mật và tính toàn vẹn của blockchain.
- Ưu tiên tài nguyên mạng: Tài nguyên mạng được ưu tiên để tránh tắc nghẽn và đảm bảo truyền khối hiệu quả, góp phần tạo nên mạng ổn định và hiệu suất cao.
- Trạng thái sổ cái chậm hơn các khối xếp hạng: Trạng thái sổ cái được cập nhật sau khi tạo các khối xếp hạng, cho phép xử lý giao dịch hiệu quả và quy trình đồng thuận hợp lý hơn.
- Chế độ thận trọng: Chế độ này cho phép xử lý các giao dịch theo cách thận trọng, trong đó các giao dịch chỉ được đưa vào nếu chúng được đảm bảo hợp lệ. Tính năng này tăng cường tính bảo mật và độ tin cậy của blockchain.
- Slot thời gian của giao dịch: Các giao dịch được chỉ định một Slot thời gian, cho phép xử lý hiệu quả và giúp ngăn ngừa xung đột có thể phát sinh do các giao dịch đồng thời. Tính năng này góp phần vào hiệu suất tổng thể và sự ổn định của mạng.
Để hiếu rõ hơn về Ouroboros Leios, hãy đọc thêm bài viết này
Yêu cầu và ràng buộc đối với tích hợp Ouroboros Leios
Ouroboros Leios giới thiệu các ràng buộc mới trên lớp sổ cái do cấu trúc blockchain đồng thời của nó. Để hỗ trợ thuật toán đồng thuận sáng tạo này, lớp sổ cái và bộ 'giao thức nhỏ' cụ thể phải được mở rộng. Mặc dù sổ cái Cardano hiện tại rất phù hợp để đáp ứng các yêu cầu của Ouroboros Leios, nhưng một số công việc chuẩn bị sẽ là cần thiết.
Các quy tắc sổ cái hiện tại phải đáp ứng thuộc tính xác định, điều này rất quan trọng đối với hoạt động chính xác của thuật toán Ouroboros Leios. Tài sản này phải được chính thức hóa và được sử dụng để chứng minh tính đúng đắn của hoạt động lắp ráp lại.
Thiết kế của Ouroboros Leios đánh đổi độ trễ tăng lên để cải thiện thông lượng. Một lĩnh vực nghiên cứu tập trung vào việc điều tra các sửa đổi đối với thiết kế của Leios nhằm giảm độ trễ tối thiểu giữa các giao dịch phụ thuộc.
Thiết kế Ouroboros Leios cung cấp khả năng mở rộng theo chiều dọc. Nghiên cứu trong tương lai có thể khám phá xem các biến thể hoặc phần mở rộng của thiết kế Leios có thể cung cấp một mức độ khả năng mở rộng theo chiều ngang hay không.
Nếu Ouroboros Leios được triển khai và triển khai thành công trên mạng chính Cardano, cộng đồng sẽ cần giải quyết một thách thức mới: cân bằng sự đánh đổi giữa hiệu suất hệ thống và chi phí tài nguyên khi tham gia.
Trong cấu hình thông lượng rất cao, Ouroboros Leios sẽ có các yêu cầu về tài nguyên quá cao đối với hầu hết người dùng cuối, buộc phần lớn người dùng phải chuyển sang ví nhẹ. Ngoài ra, hầu hết các node đầy đủ của người dùng cuối có thể không lưu trữ toàn bộ lịch sử chuỗi, để giảm thiểu mức tiêu thụ tài nguyên.
Lộ trình triển khai
Việc triển khai Ouroboros Leios bao gồm một số bước quan trọng để đảm bảo thành công, độ tin cậy và bảo mật của nó. Các giai đoạn sau phác thảo quá trình:
- Hoàn thiện thiết kế nghiên cứu: Bước đầu tiên liên quan đến việc hoàn thiện thiết kế nghiên cứu cho Ouroboros Leios, bao gồm phân tích bảo mật và gửi nó để đánh giá ngang hàng. Điều này đảm bảo rằng thiết kế là âm thanh và an toàn.
- Phân tích các tham số giao thức: Sau khi quá trình phân tích bảo mật hoàn tất, các tham số giao thức khác nhau cần được kiểm tra dựa trên kết quả bảo mật và hiệu chỉnh cho phù hợp. Giai đoạn này có thể liên quan đến công việc thiết kế bổ sung nếu các tham số nhất định đặt ra những thách thức thực tế.
- Mô tả thuật toán bằng ngôn ngữ chính thức: Để truyền đạt hiệu quả thiết kế cho nhóm kỹ sư và tạo điều kiện kiểm tra, thuật toán Leios phải được mô tả bằng ngôn ngữ chính thức khoa học máy tính phù hợp, cung cấp mô tả chính xác về hành vi chức năng của nó.
- Triển khai và kiểm tra: Sau khi thuật toán được mô tả bằng ngôn ngữ chính thức, nó cần được triển khai và kiểm tra nghiêm ngặt để đảm bảo rằng nó hoạt động như dự định và đáp ứng tất cả các yêu cầu bảo mật.
- Triển khai: Sau khi triển khai và thử nghiệm thành công, Ouroboros Leios có thể được triển khai trên mạng blockchain để sử dụng công khai, cho phép người dùng hưởng lợi từ thông lượng tăng lên và các tính năng hiện đại của nó.
Nguồn bài viết tại đây
Đọc thêm các bài viết liên quan tại thẻ Tags bên dưới