剖析分片区块链中安全性和可扩展性之间的慌张关联_数字货币

[2021-02-10 16:11:47] 来源：编辑：wangjia 点击量：

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导读： 关于加密货币，这11点是大实话，但也很有争议一些DApp尝试了EOS和其他选择，但最终都回到了以太坊。本文旨在以一种简朴易懂的体式格局，理会分片区块链中平安性和可扩大性之间的慌张关联。文中探讨了基

关于加密货币，这11点是大实话，但也很有争议

一些DApp尝试了EOS和其他选择，但最终都回到了以太坊。

本文旨在以一种简朴易懂的体式格局，理会分片区块链中平安性和可扩大性之间的慌张关联。文中探讨了基于委员会分片的必要性，并叙述了分片设想中大概存在的问题和衡量计划。
区块链的可扩大性三难逆境 “可扩大性三难逆境” 理论以为我们没法建立能同时具有以下三点的区块链：1）运转全节点的开支低，2）生意业务吞吐量高，3）同时坚持平安性。不言而喻的是，纯真地增大区块大小（虽然能进步吞吐量但）会使得运转全节点的开支更高贵。反之亦然：我们只需几进步布置全节点的目的要求，就能够在支撑更高生意业务吞吐量的同时坚持平安性。
许多区块链引入或正在引入一些新的共鸣协定（个中许多项目都是由学术圈内人士提议的，因而这些项目也被戏称为 “传授币”，但这些传授们都不太明白可扩大性三难问题）。这些新的共鸣协定宣称其支撑的每秒生意业务处置责罚量（TPS）比中本聪共鸣更高，然则我从未见过这些协定在雷同的硬件，收集以及进击力条件下与中本聪共鸣做比较。无一例外的，他们都是在收集容量庞大的超强云服务器下对共鸣协定举行基准测试，然后 “发明” 他们的共鸣协定可供应高于比特币（每秒 3～7 笔）的生意业务吞吐量。换句话说，这些链关注于分片的垂直可扩大性而不是程度可扩大性。
我在上文要表达的意义就是：共鸣与可扩大性（即生意业务吞吐量）几乎是正交的（译者注：即相互自力，不会相互影响）。传授币的设想思绪大概因为术语上的殽杂而受到了影响，在分布式共鸣协定中，可扩大性意味着耽误或许参与者的数目，而在区块链语境下，则是吞吐量。只需收集中的每一个全节点都必需考证每笔生意业务，那末瓶颈就是生意业务的实行。差别的共鸣协定大概会供应其他有效的特征，比方较低的初次确认耽误和更快的敲定区块速率，但这些都不影响可扩大性。
所以，假如我们没法用一个极新的共鸣协定来处理可扩大性三难逆境... 我们能怎样做呢？

还要提示的是，共鸣节点的数目（平常被称为 “去中间化” 属性）自身并不影响可扩大性。可扩大性三难逆境的第一点常常被毛病地指称为 “去中间化”，但实际上有关的是运转全节点的本钱，而不是共鸣节点的数目。比方，人们常常说 EOS 是围绕着 21 个考证者的中间化体系，因而具有高吞吐量，但这实际上是毛病的—— EOS 之所以可扩大，是因为它的全节点有极高的硬件和收集要求。能够支撑大批活泼参与者的共鸣协定固然是值得寻求的，然则这并不会直接影响链的可扩大性（假如我们疏忽共鸣协定的开支的话。后面会细致叙述）。

分片：处理可扩大性三难逆境为处理可扩大性三难逆境，区块链分片好像是比较有远景的要领。在分片体系中，对生意业务的实行不会在一切节点上完整反复。理论上，这类要领会跟着分片数目的增添，对可扩大性供应一个常数因子的提拔。固然，这只是在理论上，因为存在许多须要注重的处所！接下来的剖析重要针关于 Eth 2.0，因为我比较熟习这块，然则这些剖析应当适用于一切分片区块链。

分片怎样供应可扩大性

本节中，我将对平安且可扩大的分片区块链所需的特征供应一个比较直观的综述，这在论文“Divide and Scale: Formalization of Distributed Ledger Sharding Protocols.”中有形式化证实。引荐浏览 Buterin 和文章作者在 Twitter 上的议论。

上面我提到过，分片指一切的节点并不完整反复一切生意业务的实行。然则这究竟是怎样做到的呢？假如每一个节点都要考证每一条分片链，那就不是分片了——就像一条区块链，其区块是将一切的分片合在一起的大小，分片前后是一样的可扩大性。假如我们许可每一个节点去挑选分片，并担任考证所选分片内的每一个区块，那末很弱的敌手也能轻松地对单个分片发起进击。如许的话，某个分片上就有大概涌现违背状况平安性的事变（比方不法制作钱银）继而影响一切别的分片。
处理要领是考证者必需被混洗（或许叫 “轮换”）到委员会中，每一个委员会是一切考证者的一个子集。体系必需要知道混洗的效果以及给予每一个考证者的义务，从而能够在发作可证实的歹意行动时，追责并施加责罚（不巧的是，运用 VRF 处理不了这个问题）。别的方面的细节暂借不管，出块历程大概是：一个委员会在一段时间内生成区块并为该区块供应见证数据，然后该委员会内的考证者会被离别混洗到另一委员会中担任另一个分片（也大概就是原本的分片）。
潜伏的问题 1：假如考证者被分派至新的分片后，须要下载并实行他们上次脱离这个分片后在这个分片上生成的一切区块，并同步至此分片的最新区块，那末分片没有供应可扩大性，本质上照样大区块。这能够经由过程两种方法来处理。起首，运用无状况客户端的观点，实行生意业务只须要一个状况根，每笔生意业务向状况数据库供应必要的证据。如许就不必存储大批的状况，然则为了确保提交至分片链的最新状况根是准确的，照旧须要处置责罚一切的区块。其次，假定考证者将要去往的恣意分片中都存在最少一个老实参与者。只需有最少一个老实参与者，就能够对提交的无效状况根生成毛病性证实（Fraud Proof）。
潜伏的问题 2：假如分片的区块被隐蔽，那末考证者就没法对此分片区块生成敲诈证实。因为一个委员会中的大多数便可署名承认一个块的有效性，勾通起来的大多数能够建立一个无效区块然后把数据扣住。老实的考证者们必需全局地、挨个要求其他考证者供应分片区块。因为 “数据可用性证实是最基础的数学元件，没有这个，分片区块链不能同时坚持平安和可扩大性。
这些潜伏的问题处理了，看起来彷佛 “为完整完成 eth2 所需的一切研讨打破” 都有了，为了完成用树莓派就能够跑全节点的可扩大且平安的分片链，只需完美完成细节就能够了。
并非如许的。
分片中的收集通讯：进退维谷有一个须要注重的问题在上文中没有列出，却异常症结。现存的平常计划都是在共鸣层举行分片区块的建立和考证，但却无视了：区块内里究竟包括了什么东西？答案好像不言而喻：生意业务。然则，用户须要有一种方法能够将生意业务数据通报给分片区块生产者。这正是问题所在：假如收集中的一切节点都须要下载一切的生意业务（正如平常的区块链收集中，生意业务被播送至一切的节点），那末分片在数据可用性吞吐量大将不会供应任何可扩大性。
有无一种方法，能够在分布式收集中发送生意业务，又须要让每一个节点都下载一切生意业务？要领有许多！运用一种 gossip 协定，比方 gossipsub，个中每一个节点庇护某个 topic（比方分片的 ID 能够作为一个 topic）的一个当地列表，包括节点正在监听的对等节点。有了这个列表，生意业务就能够经由过程收集，（在某种程度上）可靠地发送至那些对生意业务感兴趣，必需下载和同享对应生意业务的节点。问题处理了吗？并没有，因为这会让体系轻易被进击。
进击体式格局以下：假如进击者能够将每一个考证者的 ID 和节点的 IP 地点对应起来，他们只须要让大部份不老实的委员会成员， DoS 进击那些不勾通/谢绝行贿去进击分片的考证者，就能够很轻易地损坏 “最少一个老实考证者” 假定。只管 Eth 2.0 协定自身不要求考证者的 IDs 和 IP 地点举行绑定，gossip 收集的异构收集拓扑并没有隐私可言，对进击者来讲，在收集中漫衍节点并取交集以将节点的 ID 和 IP 对应起来是很轻易的。为抵抗这类进击，同构的收集拓扑大概会平安些，然则正如上所述，因为一切的节点要下载一切的生意业务，那就没有可扩大性可言了。
可扩大区块链的收集层隐私庇护事情，说好听一点是处在初级阶段。鉴于以太坊基金会先前并没有将收集层隐私作为 Eth2.0 开发的一个优先事项，我并不期待研讨者们会在短期内仔细地处置责罚这个问题。这只是浩瀚开放研讨问题中的一个，在没有一个一定的答案之前，平安并可扩大的分片区块链是不大概完成的。
问题的泉源在于 Eth 2.0 （以及其他基于委员会的分片区块链）将复杂性和平安性从共鸣层移到了p2p 收集层。因而，假如关于 p2p 收集容量的基础假定是不现实的，那末体系的任何平安性证实都是无意义的（停止本文撰写时，还没有有相干文章涌现）。共鸣层的歹意行动能够被责罚（比方罚没资金，也就是销毁其钱银），但收集层的歹意行动无从处分。将区块链的平安性转移至后者，无疑让区块链在面临很弱的自适应敌手时也很软弱——在天下第三次大战中一定没法存活。
共鸣开支前面一部份涵盖了生意业务的播送，然则另有另一部份数据须要在收集中流传：见证音讯（attestation）。Eth 2.0 好像支撑超等多的考证者——比基于 PBFT 的协定（比方 Tendermint ，被限定到几百个节点）的数目多得多，因为在最坏的情况下，基于 PBFT 的共鸣协定的音讯数目会随节点数目的增添呈平方级增添。那 Eth 2.0 是怎样完成这类奇观的呢？
又是经由过程将复杂度从共鸣层转移到收集层来完成的。聚合署名的开支原本就很大，一些有用的计划，比方 Handel就依赖于显现地衔接考证者的 ID 和 IP 地点。
简言之，共鸣节点的鸠合之所以能做得比传统 PBFT 协定所支撑的更大，是因为见证音讯（考证者署名）是在 p2p 收集层聚合的。这个历程会有很高的通讯复杂度，还没有涌现一种协定，能够在歹意的收集环境以及较短的出块时间内，保证聚合起 Eth2.0 目的数目的考证者署名。

基于委员会的分片须要无状况的实行（其自身还没有被证实是可行的），加上毛病性证实和数据可用性证实。但是，当考虑到生意业务的流传，我们发明可扩大性只要将计划的平安性移到 p2p 收集层才能够完成，这关于抵抗歹意敌手方是很软弱的。我们是否能逾越这个停滞照旧是一个开放的研讨问题。

剖析分片区块链中平安性和可扩大性之间的慌张关联；https://www.btcmoney.cc/detail/63723.html

比特币； https://www.btcmoney.cc/detail/63723.html