Shoal çerçevesi: Aptos'taki Bullshark gecikme süresi optimizasyonu

Aptos Laboratuvarı, son zamanlarda DAG BFT'deki iki ana problemi çözerek gecikme süresini büyük ölçüde azalttı ve belirleyici gerçek protokollerde zaman aşımına olan ihtiyacı ilk kez ortadan kaldırdı. Genel olarak, Bullshark'ın gecikme süresi arızasız durumlarda %40, arıza durumlarında ise %80 oranında iyileştirildi.

Shoal, Narwhal tabanlı konsensüs protokolünü güçlendiren bir çerçevedir ve bu, hat sırasıyla ve liderin itibarını kullanarak gerçekleştirilir. Hat sırası, her turda bir referans noktası ekleyerek DAG sıralama gecikmesini azaltır, liderin itibarı ise referans noktalarının en hızlı doğrulayıcı düğümleriyle ilişkilendirilmesini sağlayarak gecikmeyi daha da iyileştirir. Ayrıca, liderin itibarı, Shoal'ın tüm senaryolar için zaman aşımını ortadan kaldırmak amacıyla asenkron DAG yapısını kullanmasına olanak tanır.

Shoal'un temel teknolojisi oldukça basit, esasen temel protokolün birden fazla örneğini sırayla çalıştırmaktır. Bullshark örneğinde olduğu gibi, bu bir grup "köpekbalığı"nın bayrak yarışı yapması gibidir.

Blok zinciri ağlarının yüksek performansını hedeflerken, başlangıçta iletişim karmaşıklığını azaltmaya odaklanıldı, ancak bu, belirgin bir işlem hacmi artışı sağlamadı. Son zamanlardaki atılımlar, veri yayılmasının liderlik protokollerine dayanan ana darboğaz olduğunu anlamaktan kaynaklanıyor ve paralelleşmeden fayda sağlanabilir. Narwhal sistemi, veri yayılmasını temel konsensüs mantığından ayırarak 160,000 TPS işlem hacmine ulaştı.

Ancak, liderlerin konsensüs protokolleri olan Hotstuff/Jolteon, Narwhal'ın işlem hacmi potansiyelinden tam olarak yararlanamıyor. Bu nedenle, Aptos, Narwhal DAG'ı üzerinde, sıfır iletişim maliyetine sahip bir konsensüs protokolü olan Bullshark'ı dağıtmaya karar verdi. Ancak, Bullshark'ın DAG yapısı %50'lik bir gecikme süresi maliyeti getirmektedir.

Shoal çerçevesi, Bullshark'ın gecikme süresini önemli ölçüde azaltmıştır. Pipeline, her turda bir referans noktasına izin vererek, DAG'daki tüm referans noktasına ait olmayan dorukların gecikme süresini üç tura düşürür. Lider güvenilirlik mekanizması ise hızlı liderleri seçme eğilimindedir.

Shoal'un temel düşüncesi, birden fazla Bullshark örneğini sırayla birleştirmektir. Tüm doğrulayıcıların ilk sıralı referans noktasını kabul etme özelliğinden yararlanarak, ilk sıralı referans noktasını örneğin geçiş noktası olarak kullanır ve referans noktasının nedensel geçmişini liderin itibarını hesaplamak için kullanır.

Bu yöntem yalnızca bir boru hattı oluşturmakla kalmadı, aynı zamanda liderin güvenilirlik mekanizmasını doğal bir şekilde birleştirdi. r. turda referans noktalarının sıralanmasının ardından, doğrulayıcılar yalnızca bu referans noktasının nedensel geçmişine dayanarak, r+1. turdan itibaren yeni bir lider haritası hesaplamalı ve güncellenmiş referans noktası seçim fonksiyonunu kullanarak yeni Bullshark örneğini uygulamalıdır.

Shoal ayrıca zaman aşımına duyulan ihtiyacı ortadan kaldırdı. Yeterli sayıda dürüst doğrulayıcı DAG'a tepe noktaları eklemeye devam ettiği sürece, ağ hızını tahmin etmek için DAG yapısı tarafından sağlanan "saat"i kullanır, turlar sürekli ilerler. Liderlik itibar mekanizması, hızlı doğrulama düğümlerinin lider olarak seçilmesini daha da güvence altına alır ve bu, sistemin tüm gerçek senaryolarda ağ hızında çalışmasını sağlar.

Shoal, liderin başarısız olduğu veya ağın asenkron olduğu durumlarda bile ağ hızında sürekli çalışabilen "evrensel yanıt" adlı bir özellik sunar. Bu, Hotstuff gibi protokollerin "iyimser yanıt" özelliğine göre önemli bir avantaja sahiptir.

Değerlendirme sonuçları, Shoal'ın Bullshark'ın gecikme süresini önemli ölçüde iyileştirdiğini göstermektedir. Hata olmadan, Shoal, boru hattı ve liderlik itibarı ile en iyi gecikmeyi sağlamıştır. Hatalı durumlarda, liderlik itibarı mekanizması, başarısız doğrulayıcıların lider olarak seçilme olasılığını azaltarak, Shoal'ın gecikme süresini baz alınan Bullshark'tan %65 daha düşük hale getirmiştir.

Genel olarak, Shoal çerçevesi basit ve etkili bir yöntemle, DAG-BFT'deki kritik gecikme süresi sorununu başarıyla çözmüş ve Aptos gibi blok zinciri sistemlerinin performans optimizasyonuna yeni bir bakış açısı sunmuştur.