Kerangka Shoal: Bagaimana cara Drop latensi Protokol Bullshark di Aptos

Ringkasan

Aptos Labs mengembangkan kerangka Shoal, yang secara signifikan meningkatkan kinerja protokol konsensus berbasis Narwhal ( seperti DAG-Rider, Tusk, Bullshark ) melalui pemrosesan pipeline dan mekanisme reputasi pemimpin. Dalam kondisi tanpa kesalahan, Shoal menurunkan latensi Bullshark sebesar 40%, dan dalam kondisi dengan kesalahan menurunkan latensi sebesar 80%.

Gagasan inti dari Shoal adalah menjalankan beberapa instance protokol dasar secara berurutan. Mengambil Bullshark sebagai contoh, seperti beberapa "ikan hiu" yang berlari dalam perlombaan estafet.

Latar Belakang dan Tantangan

Jaringan blockchain selalu mengejar kinerja yang lebih tinggi. Upaya awal untuk meningkatkan throughput dengan menurunkan kompleksitas komunikasi memiliki hasil yang terbatas. Terobosan terbaru adalah memisahkan penyebaran data dari logika konsensus, memungkinkan paralelisasi. Sistem Narwhal mengadopsi arsitektur ini, mencapai throughput 160.000 TPS.

Namun, protokol konsensus berbasis pemimpin ( seperti Hotstuff/Jolteon) tidak dapat memanfaatkan potensi Narwhal secara maksimal. Sementara Bullshark yang berbasis DAG mendukung throughput tinggi, tetapi latensi meningkat sebesar 50%.

Dalam protokol DAG, implementasi pemrosesan pipelining dan mekanisme reputasi pemimpin dianggap sulit, karena:

1. Mengubah logika inti Bullshark tampaknya tidak mungkin.
2. Pemilihan pemimpin secara dinamis dapat menyebabkan hasil pengurutan yang berbeda

Desain Kerangka Shoal

Kerangka Shoal dengan cerdik mengatasi tantangan di atas:

1. Penanganan jalur produksi: Menjalankan beberapa instance Bullshark secara berurutan, setiap instance menangani satu titik jangkar.
2. Reputasi Pemimpin: Menghitung skor node verifikasi berdasarkan sejarah kausal titik jangkar, cenderung memilih node dengan skor tinggi sebagai pemimpin.
3. Tanpa waktu habis: Memanfaatkan "jam" yang disediakan oleh konstruksi DAG untuk memperkirakan kecepatan jaringan, menghindari penggunaan mekanisme waktu habis.

Kombinasi teknologi ini memungkinkan Shoal untuk berjalan dengan kecepatan jaringan, bahkan dalam situasi jaringan asinkron atau kegagalan pemimpin.

Hasil Evaluasi

Eksperimen menunjukkan, Shoal secara signifikan meningkatkan latensi Bullshark:

• Dalam kondisi tanpa gangguan: latensi Drop 40% dibandingkan Baseline Bullshark
• Dalam keadaan gagal (50 node verifikasi, 16 kegagalan ): latensi Drop 65% dibandingkan dengan Baseline Bullshark

Shoal juga memiliki karakteristik "respons universal", yang dapat mempertahankan kinerja baik di berbagai kondisi jaringan.

Secara keseluruhan, kerangka Shoal berhasil menyelesaikan masalah kunci dalam DAG-BFT, secara signifikan meningkatkan kinerja blockchain Aptos.