Achieving agreement among distributed parties is a fundamental task in modern systems, underpinning applications such as consensus in blockchains, coordination in cloud infrastructure, and fault tolerance in critical services. However, this task can be intensive, often requiring a large number of messages to be exchanged as well as many rounds of communication, especially in the presence of Byzantine faults. This makes efficiency a central challenge in the design of practical agreement protocols. In this paper, we study the problem of Binary Agreement and give protocols that are simultaneously optimal in both message and round complexity, parameterized by the actual number of Byzantine faults. In contrast to previous works, we demonstrate that optimal message complexity can be achieved without sacrificing latency. Concretely, for a system of $n$ parties tolerating up to $t$ Byzantine faults, out of which only $f \leq t$ are actually faulty, we give the following results: When $t = Ω(n)$, in the synchronous (resp. partially synchronous) setting, with optimal resiliency $t < n/2$ (resp. $t < n/3$), we describe a deterministic protocol with optimal communication complexity $O(n \cdot (f+1))$ and optimal round complexity $O(f + 1)$. Building upon this previous result, when $t = o(n)$, for both the synchronous and partially synchronous setting, we describe a deterministic protocol with near-optimal communication complexity $\widetilde{O}(n + t\cdot f)$ and near-optimal round complexity $\widetilde{O}(f+1)$. Our approach relies on a novel use of dispersers to efficiently disseminate a value. For the asynchronous setting, we show a $Ω(n + t^2)$ lower bound in expectation and provide a randomized protocol with near-optimal $\widetilde{O}(n + t^2)$ communication complexity and $O(1)$ round complexity in expectation.


翻译:在分布式系统中达成共识是一项基础性任务,支撑着区块链共识、云基础设施协调以及关键服务容错等应用。然而,该任务通常需要大量消息交换与多轮通信,尤其在存在拜占庭故障时更为显著,这使得效率成为实际共识协议设计的核心挑战。本文研究二元共识问题,并提出在消息复杂度与轮次复杂度上同时达到最优的协议,其性能参数化于实际发生的拜占庭故障数量。与先前工作不同,我们证明无需牺牲延迟即可实现最优消息复杂度。具体而言,对于包含n个参与方、最多容忍t个拜占庭故障(其中实际故障数f ≤ t)的系统,我们取得以下成果:当t = Ω(n)时,在同步(及部分同步)设置下,在最优容错条件t < n/2(及t < n/3)下,我们提出确定性协议,其通信复杂度达到最优O(n·(f+1)),轮次复杂度达到最优O(f+1)。基于此结果,当t = o(n)时,针对同步与部分同步设置,我们提出确定性协议,其通信复杂度接近最优$\widetilde{O}(n + t·f)$,轮次复杂度接近最优$\widetilde{O}(f+1)$。我们的方法依赖于对分散器的新颖运用以实现高效值传播。对于异步设置,我们证明了期望下Ω(n + t²)的下界,并提出了随机化协议,其通信复杂度接近最优$\widetilde{O}(n + t²)$,期望轮次复杂度为O(1)。

0
下载
关闭预览

相关内容

《战术边缘的自适应网络》
专知会员服务
42+阅读 · 2025年2月27日
【AAMAS教程】多智能体优化,241页ppt
专知会员服务
64+阅读 · 2024年3月1日
《从联盟角度看弱势战术网络的联合云和自适应云》
专知会员服务
41+阅读 · 2023年11月10日
使用 Canal 实现数据异构
性能与架构
20+阅读 · 2019年3月4日
基于车路协同的群体智能协同
智能交通技术
10+阅读 · 2019年1月23日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
17+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2月3日
VIP会员
最新内容
非对称优势:美海军开发低成本反无人机技术
专知会员服务
4+阅读 · 今天4:39
《美战争部小企业创新研究(SBIR)计划》
专知会员服务
5+阅读 · 今天2:48
《军事模拟:将军事条令与目标融入AI智能体》
专知会员服务
8+阅读 · 今天2:43
【NTU博士论文】3D人体动作生成
专知会员服务
6+阅读 · 4月24日
以色列军事技术对美国军力发展的持续性赋能
专知会员服务
8+阅读 · 4月24日
《深度强化学习在兵棋推演中的应用》40页报告
专知会员服务
13+阅读 · 4月24日
《多域作战面临复杂现实》
专知会员服务
9+阅读 · 4月24日
《印度的多域作战:条令与能力发展》报告
专知会员服务
4+阅读 · 4月24日
相关VIP内容
《战术边缘的自适应网络》
专知会员服务
42+阅读 · 2025年2月27日
【AAMAS教程】多智能体优化,241页ppt
专知会员服务
64+阅读 · 2024年3月1日
《从联盟角度看弱势战术网络的联合云和自适应云》
专知会员服务
41+阅读 · 2023年11月10日
相关基金
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
17+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员