[論文レビュー] Cordial Miners: Fast and Efficient Consensus for Every Eventuality

Idit Keidar, Oded Naor+2 more|arXiv (Cornell University)|May 18, 2022

Distributed systems and fault tolerance被引用数 6

ひとこと要約

Cordial Miners は、信頼性の高いブロードキャストを排除することで、最新のDAGベースのプロトコルよりもほぼ2倍の低遅延を達成する、バシリアン原子ブロードキャストプロトコルの族を導入する。部分的に順序付けられたデータ構造であるブロックレースを用いることで、高速な配布、τ関数によるローカルな同義的ブロックの除外、および効率的な順序付けを実現し、最良ケースでO(n)のメッセージ複雑性と3–4.5ラウンドの遅延を達成する。

ABSTRACT

Cordial Miners are a family of efficient Byzantine Atomic Broadcast protocols, with instances for asynchrony and eventual synchrony. They improve the latency of state-of-the-art DAG-based protocols by almost 2X and achieve optimal good-case complexity of O(n) by forgoing Reliable Broadcast as a building block. Rather, Cordial Miners use the blocklace -- a partially-ordered counterpart of the totally-ordered blockchain data structure -- to implement the three algorithmic components of consensus: Dissemination, equivocation-exclusion, and ordering.

研究の動機と目的

• 許可された分散システムにおいて、遅延とメッセージ複雑性を低減するバシリアン原子ブロードキャストプロトコルを設計すること。
• 信頼性の高いブロードキャストの必要性を排除し、高い遅延とO(n²)のメッセージ複雑性を回避すること。
• 信頼性の高いブロードキャストを使用しないまま、最良ケースで最適なO(n)のメッセージ複雑性を達成するとともに、O(n²)の最悪ケース複雑性を維持すること。
• 通信オーバーヘッドを最小限に抑えながら、非同期および最終的に同期的なネットワークモデルをサポートすること。
• 中央リーダーが存在しない対称的な合意形成を可能にし、すべてのマイナーが同一の役割を果たすようにすること。

提案手法

• ブロックレース—同義的ブロックを許容するが、ローカル順序付けの段階で除外する部分的に順序付けられたデータ構造を導入する。
• τ関数を用いて、同義的ブロックの検出と除外によって、ブロックレースを全順序のブロック列に変換する。
• 各ウェーブがブロック配布とスーパー承認のラウンドから成るウェーブベースのプロトコルを採用する。
• 改ざん防止のための暗号署名に依存し、一貫したブロック順序付けによって安全を保証する。
• タイムアウトとスーパー承認の閾値（例：2f+1）を用いて、追加の通信を必要とせずに同義的マイナーを検出し、除外する。
• 各ブロックごとに取引をバッチ処理することで、ビット複雑性を均等化し、最良ケースで1件あたりO(n)のコストを達成する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 信頼性の高いブロードキャストに依存するプロトコルよりも、バシリアン合意形成を低遅延で達成できるか？
• RQ2 信頼性の高いブロードキャストを使用しないまま、O(n)の最良ケースメッセージ複雑性を維持できるか？
• RQ3 追加の通信ラウンドを必要とせずに、同義的ブロックを効率的に除外できるか？
• RQ4 部分的に順序付けられたブロックレースデータ構造は、非同期および最終的に同期的なモデルの両方で安全かつライブな合意形成をサポートできるか？
• RQ5 DAGベースの合意形成プロトコルにおいて、遅延、メッセージ複雑性、耐故障性の間の性能トレードオフは何か？

主な発見

• 非同期のCordial Minersプロトコルは、DAG-Riderと比較して、期待遅延を12ラウンドから7.5ラウンド、最良ケース遅延を8ラウンドから5ラウンドに削減した。
• 最終的に同期的なバージョンは、Bullsharkと比較して、期待遅延を9ラウンドから4.5ラウンド、最良ケース遅延を4ラウンドから3ラウンドに削減した。
• f ∈ O(1) でネットワークが同期的である最良ケースにおいて、Cordial Minersは1件あたりO(n)のアームォタイズドメッセージ複雑性を達成した。
• プロトコルはO(n²)の最悪ケースメッセージ複雑性を維持しており、バシリアン合意形成の下界と一致する。
• 信頼性の高いブロードキャストを放棄することで、Cordial Minersはその2–5ラウンドの遅延ペナルティを回避しながらも、安全とライブネスを保証した。
• ブロックレースデータ構造は、τ関数によるローカルな同義的ブロック除外を可能にし、追加の通信ラウンドの必要性を排除した。