面向私有链毫秒级共识的领导者确认复制
网络与互联网体系结构
2021-09-21 v3 分布式、并行与集群计算
摘要
基于私有链的物联网（IoT）系统保障了跨组织数据共享的安全。作为私有链中广泛使用的共识模型，基于领导者的状态机复制（SMR）模型在 IoT 区块链应用中遭遇性能瓶颈，其中非交易类传感器数据被大规模生成。我们分析了 IoT 私有链系统，发现由于高延迟和客户端请求频率，领导者维持了过多连接，导致共识性能与效率下降。为应对该挑战，我们提出了一种维持低请求延迟和高每秒交易数（TPS）的新方案：由跟随者复制非交易数据并由领导者确认以实现无冲突 SMR，而非全部由领导者完成。我们的方案称为领导者确认复制（LCR），利用新提出的未来日志与确认信号在跟随者上实现非交易数据复制，从而降低领导者的网络流量与交易数据的请求延迟。此外，设计了生成复制策略以保证 LCR 在成员变更时的可靠性与一致性。我们以不同集群规模与网络延迟对 LCR 进行了评估。实验结果表明，在毫秒级网络延迟（2-30）环境下，LCR 的 TPS 比 Raft 高 1.4X-1.9X，交易数据响应时间降低 40%-60%，网络流量降低 20%-30%，且跟随者的网络流量与 CPU 开销可接受。此外，LCR 不改变领导者数量或选举过程，因而展现出高可移植性与可用性。
引用
@article{arxiv.2101.05462,
title = {Leader Confirmation Replication for Millisecond Consensus in Private Chains},
author = {Dongjie Zhu and Haiwen Du and Yundong Sun and Zhaoshuo Tian},
journal= {arXiv preprint arXiv:2101.05462},
year = {2021}
}