Estrutura Shoal: Como Gota a latência do protocolo Bullshark na Aptos

Visão Geral

Aptos Labs desenvolveu o framework Shoal, que através do processamento em pipeline e do mecanismo de reputação do líder, melhorou significativamente o desempenho do protocolo de consenso baseado em Narwhal ( como DAG-Rider, Tusk, Bullshark ). Em situações sem falhas, o Shoal reduziu a latência do Bullshark em 40%, enquanto em situações com falhas reduziu em 80%.

A ideia central do Shoal é executar várias instâncias de protocolos subjacentes em ordem. Tomando o Bullshark como exemplo, é como vários "tubarões" correndo em uma corrida de revezamento.

Contexto e Desafios

As redes de blockchain têm buscado um desempenho mais elevado. As tentativas iniciais de aumentar a taxa de transferência reduzindo a complexidade da comunicação tiveram resultados limitados. A recente inovação reside na separação da propagação de dados da lógica de consenso, permitindo a paralelização. O sistema Narwhal adota esta arquitetura, alcançando uma taxa de transferência de 160.000 TPS.

No entanto, o protocolo de consenso baseado em líderes (, como Hotstuff/Jolteon), não consegue aproveitar plenamente o potencial do Narwhal. Embora o Bullshark baseado em DAG suporte alta taxa de transferência, a latência aumentou 50%.

Implementar o processamento em pipeline e o mecanismo de reputação do líder no protocolo DAG é considerado difícil, porque:

1. Modificar a lógica central do Bullshark parece ser inviável
2. A seleção dinâmica de líderes pode levar a diferentes resultados de ordenação

Design do framework Shoal

A estrutura Shoal resolve habilmente os desafios acima mencionados:

1. Processamento em linha: executar várias instâncias Bullshark em sequência, onde cada instância processa um ponto âncora.
2. Credibilidade do líder: cálculo da pontuação do nó de verificação baseado na história causal do ponto âncora, tendendo a escolher nós de alta pontuação como líderes
3. Sem tempo limite: utilize o "relógio" fornecido pela construção DAG para estimar a velocidade da rede, evitando o uso de mecanismos de tempo limite.

A combinação dessas tecnologias permite que o Shoal funcione em velocidade de rede, mesmo em casos de rede assíncrona ou falhas de liderança.

Resultado da Avaliação

Experimentos mostram que o Shoal melhorou significativamente a latência do Bullshark:

• Sem falhas: latência Gota 40% em comparação com o Baseline Bullshark
• Em caso de falha, (50 nós de validação, 16 falhas ): redução da latência em 65% em comparação com o Baseline Bullshark

O Shoal também possui a característica de "resposta universal", mantendo um bom desempenho em várias condições de rede.

De um modo geral, a estrutura Shoal resolveu com sucesso os problemas críticos no DAG-BFT, melhorando significativamente o desempenho da blockchain Aptos.