ОПЕРАЦІЙНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ТА МЕТРИКИ НАСКРІЗНОЇ ЗАТРИМКИ БЕЗПЕЧНОГО ДОСТУПУ ДО СТАНУ БЛОКЧЕЙН-СИСТЕМ ПЕРШОГО РІВНЯ

Анотація

У статті досліджено проблему операційного визначення затримки, яку спостерігає кінцевий користувач
програмованої блокчейн-системи першого рівня між поданням підписаної транзакції та першим підтвердженим
читанням оновленого стану через RPC-інтерфейс. Актуальність зумовлена тим, що метрики консенсусної
фінальності не охоплюють індексацію, публікацію стану та клієнтське виявлення, а тому можуть занижувати
оцінку доступності сервісу і тривалості використання застарілого стану. Мета роботи – формалізувати
користувацько-видиму затримку T_visible як окремий об’єкт вимірювання та запропонувати відтворювану
систему супровідних показників. Методика охоплює причинну декомпозицію конвеєра на етапи приймання,
пакетування, консенсусу, виконання, фіксації, індексації, публікації та виявлення; формальний предикат
видимості сертифікованого стану; розмежування правосторонньо цензурованих спостережень і конкуруючих
кінцевих подій; оцінювання квантилів і відокремлення дискретизаційної складової опитування. У чисельному
експерименті, параметри якого відкалібровано за опублікованими вимірюваннями конвеєрних блокчейнів,
медіанний спостережуваний розрив між фінальністю та першим читанням становив 168–241 мс, або до 27 %
повної затримки, а консервативний індикатор ймовірності застарілої відповіді для затримки 200 мс досягав 0,69.
Паралельний конвеєр з раннім оприлюдненням стану скоротив медіану T_visible з 889 до 686 мс і частку
порушень порогу 1 с – з 17,7 % до 0,2 %. Наукова новизна полягає у поєднанні предиката видимості, метрик
розриву видимості, застарілої відповіді та порушення порогу в єдиному протоколі вимірювання. Практичне
значення – можливість коректно порівнювати сценарії, обґрунтовувати SLO та оцінювати доступність і цілісність
даних, що надаються користувачеві.
Ключові слова: наскрізна затримка, видимість стану, блокчейн-система, RPC-інтерфейс, кіберстійкість,
застаріла відповідь, якість обслуговування.

Перелік посилань
1. Xiang, Z., Li, Z., Arun, B., Zhang, T., & Spiegelman, A. (2025). Zaptos: Towards optimal blockchain latency.
arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.10612.
2. Castro, M., & Liskov, B. (2002). Practical Byzantine fault tolerance and proactive recovery. ACM Transactions
on Computer Systems, 20(4), 398–461. https://doi.org/10.1145/571637.571640.
3. Yin, M., Malkhi, D., Reiter, M. K., Gueta, G. G., & Abraham, I. (2019). HotStuff: BFT consensus with linearity
and responsiveness. In Proceedings of the 2019 ACM Symposium on Principles of Distributed Computing (pp. 347–356).
ACM. https://doi.org/10.1145/3293611.3331591.
4. Gelashvili, R., Kokoris-Kogias, L., Sonnino, A., Spiegelman, A., & Xiang, Z. (2022). Jolteon and Ditto:
Network-adaptive efficient consensus with asynchronous fallback. In Financial Cryptography and Data Security, FC 2022
(LNCS, Vol. 13411, pp. 296–315). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-031-18283-9_14.
5. Spiegelman, A., Giridharan, N., Sonnino, A., & Kokoris-Kogias, L. (2022). Bullshark: DAG BFT protocols
made practical. In Proceedings of the 2022 ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security (pp.
2705–2718). ACM. https://doi.org/10.1145/3548606.3559361.
6. Danezis, G., Kokoris-Kogias, L., Sonnino, A., & Spiegelman, A. (2022). Narwhal and Tusk: A DAG-based
mempool and efficient BFT consensus. In Proceedings of the Seventeenth European Conference on Computer Systems
(pp. 34–50). ACM. https://doi.org/10.1145/3492321.3519594.
7. Babel, K., Chursin, A., Danezis, G., Kokoris-Kogias, L., & Sonnino, A. (2023). Mysticeti: Low-latency DAG
consensus with fast commit path. arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2310.14821.
8. Arun, B., Li, Z., Suri-Payer, F., Das, S., & Spiegelman, A. (2024). Shoal++: High throughput DAG BFT can
be fast! arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.20488.
9. Spiegelman, A., Arun, B., Gelashvili, R., & Li, Z. (2025). Shoal: Improving DAG-BFT latency and robustness.
In Financial Cryptography and Data Security, FC 2024 (LNCS, Vol. 14744, pp. 92–109). Springer. https://doi.org/10.
1007/978-3-031-78676-1_6.
10. Doidge, I., Ramesh, R., Shrestha, N., & Tobkin, J. (2024). Moonshot: Optimizing chain-based rotating leader
BFT via optimistic proposals. arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2401.01791.
11. Chan, B. Y., & Shi, E. (2020). Streamlet: Textbook streamlined blockchains. In Proceedings of the 2nd ACM
Conference on Advances in Financial Technologies (pp. 1–11). ACM. https://doi.org/10.1145/3419614.3423256.
12. Gueta, G. G., Abraham, I., Grossman, S., Malkhi, D., Pinkas, B., Reiter, M., Seredinschi, D.-A., Tamir, O., &
Tomescu, A. (2019). SBFT: A scalable and decentralized trust infrastructure. In 49th Annual IEEE/IFIP International
Conference on Dependable Systems and Networks (pp. 568–580). IEEE. https://doi.org/10.1109/DSN.2019.00063.
13. Dwork, C., Lynch, N., & Stockmeyer, L. (1988). Consensus in the presence of partial synchrony. Journal of
the ACM, 35(2), 288–323. https://doi.org/10.1145/42282.42283.
14. Lamport, L., Shostak, R., & Pease, M. (1982). The Byzantine generals problem. ACM Transactions on
Programming Languages and Systems, 4(3), 382–401. https://doi.org/10.1145/357172.357176.
15. Gilad, Y., Hemo, R., Micali, S., Vlachos, G., & Zeldovich, N. (2017). Algorand: Scaling Byzantine agreements
for cryptocurrencies. In Proceedings of the 26th Symposium on Operating Systems Principles (pp. 51–68). ACM.
https://doi.org/10.1145/3132747.3132757.
16. Androulaki, E., Barger, A., Bortnikov, V., et al. (2018). Hyperledger Fabric: A distributed operating system
for permissioned blockchains. In Proceedings of the Thirteenth EuroSys Conference (Article 30, pp. 1–15). ACM.
https://doi.org/10.1145/3190508.3190538.
17. Crain, T., Natoli, C., & Gramoli, V. (2021). Red Belly: A secure, fair and scalable open blockchain. In 2021
IEEE Symposium on Security and Privacy (pp. 466–483). IEEE. https://doi.org/10.1109/SP40001.2021.00087.
18. Blackshear, S., Chursin, A., Danezis, G., et al. (2024). Sui Lutris: A blockchain combining broadcast and
consensus. In Proceedings of the 2024 ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security (pp. 2606–
2620). ACM. https://doi.org/10.1145/3658644.3670286.
19. Chen, W., Xia, D., Cai, Z., Dai, H.-N., Zhang, J., Hong, Z., Liang, J., & Zheng, Z. (2024). Porygon: Scaling
blockchain via 3D parallelism. In 2024 IEEE 40th International Conference on Data Engineering (pp. 1944–1957). IEEE.
https://doi.org/10.1109/ICDE60146.2024.00153.
20. Gelashvili, R., Spiegelman, A., Xiang, Z., Danezis, G., Li, Z., Malkhi, D., Xia, Y., & Zhou, R. (2023). BlockSTM: Scaling blockchain execution by turning ordering curse to a performance blessing. In Proceedings of the 28th ACM
SIGPLAN Symposium on Principles and Practice of Parallel Programming (pp. 232–244). ACM.
https://doi.org/10.1145/3572848.3577524.
21. Boneh, D., Lynn, B., & Shacham, H. (2001). Short signatures from the Weil pairing. In Advances in
Cryptology—ASIACRYPT 2001 (LNCS, Vol. 2248, pp. 514–532). Springer. https://doi.org/10.1007/3-540-45682-1_30.
22. Merkle, R. C. (1988). A digital signature based on a conventional encryption function. In Advances in
Cryptology—CRYPTO '87 (LNCS, Vol. 293, pp. 369–378). Springer. https://doi.org/10.1007/3-540-48184-2_32.
23. Aptos Foundation. (2022). The Aptos blockchain: Safe, scalable, and upgradeable Web3 infrastructure.
https://aptosfoundation.org/whitepaper/aptos-whitepaper_en.pdf.
24. Yakovenko, A. (2018). Solana: A new architecture for a high-performance blockchain. https://solana.com/
solana-whitepaper.pdf.
25. Kaplan, E. L., & Meier, P. (1958). Nonparametric estimation from incomplete observations. Journal of the
American Statistical Association, 53(282), 457–481. https://doi.org/10.1080/01621459.1958.10501452.
26. Fine, J. P., & Gray, R. J. (1999). A proportional hazards model for the subdistribution of a competing risk.
Journal of the American Statistical Association, 94(446), 496–509. https://doi.org/10.1080/01621459.1999.10474144.
27. Buterin, V., & Griffith, V. (2017). Casper the friendly finality gadget. arXiv. https://doi.org/10.48550
/arXiv.1710.09437.