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V神:为何分片是不简单的?解开分片技术性特点的神密面具_区块链__跨链

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时间:2021/4/9 7:59:46

V神:为何分片是不简单的?解开分片技术性特点的神密面具_区块链_

分片 (Sharding) 是以太坊扩充的将来,它将是协助以太坊生态系统适用每秒钟不计其数笔买卖的重要,并容许全世界绝大多数人以承受的了的成本费按时地应用该服务平台。殊不知,分片也是以太坊生态系统和更普遍的区块链生态系统中更非常容易误解的定义之一。它指的是一组十分实际的具备特殊属性的念头,但它常常与这些具备十分不一样且一般最弱的安全系数属性的技术性混为一谈。文中的目地是表述分片出示了什么特殊的属性,它与别的非分片技术性的差别,及其分片系统软件为了更好地完成这种属性必须作出什么衡量。

图中:以太坊分片版本号的一个叙述。原始框架图来源于 Hsiao-wei Wang,由Quantstamp设计方案。

叙述分片的最好方法,能够 从产生和激起分片解决方法的难题逐渐:扩充的三难窘境。

扩充的三难窘境强调,区块链试着有着三个属性,假如你坚持不懈应用“简易”的技术性,你只有得到这三个属性中的2个。这三个属性分别是:

扩展性:全部区块链可以解决的事务管理 (transactions,也译者“买卖”) 比单独一般节点 (例如一台消费性笔记本) 可以认证的事务管理要多。

区块链技术:区块链能够 在不依赖于一部分大中型去中心化参加者的状况下运作。这一般了解为不应该对一组你没法根据一台消費级电脑上添加在其中的节点有一切信赖 (或是乃至不应该假定大部分节点将维持诚信);

安全系数:区块链可以抵御很多尝试进攻它的参加节点。

如今大家讨论一下三种“简易的解决方法”,这种解决方法只得到了以上三个属性中的2个:

传统式区块链——包含BTC、PoS/分片以前的以太坊、莱特币和别的相近的区块链。这种区块链取决于每一个参加者运作一个详细的节点来认证每一个事务管理 (买卖),因而这种区块链具备区块链技术和安全系数,但沒有扩展性。

高 TPS 的区块链——包含 DPoS 大家族,但也是有很多别的的链。这种区块链取决于小量的节点 (一般是10-一百个) 来保持节点中间的的共识,客户迫不得已信赖这种节点中的大部分。这类链是可拓展的和安全性的 (根据上边的界定),但并不是区块链技术的。

多链生态系统——这指的是“横着拓展”的一般定义,即让不一样的运用运作在不一样的链上,并应用跨链通讯协议使他们中间开展通讯。这类生态系统是区块链技术和可拓展的,但不安全,由于网络攻击只必须操纵了这种链中的在其中一条链的大部分的共识节点 (一般是全部生态系统

证实不可以用以认证数据的可用性。测算的证实取决于那样一个客观事实,即测算的键入在最开始的证实被递交的那一刻就公布在链上,因而假如有些人进行挑戰,那麼挑戰的实行与最开始证实的实行是彻底产生在同一个“自然环境”中的。但在查验数据可用性时,你不能那么做,由于难题刚好取决于,有过多的数据必须查验,不可以所有公布到链上。因而,对于数据可用性的证实计划方案碰到了一个至关重要的问题:别人能够 宣称“数据 X 是可以用的”而不发布该数据,等候被挑戰,随后才会在链上发布数据 X,进而使进行挑战者被互联网上的其他人视作有误。

这在「渔民的窘境」 中到进一步的论述:

「渔民的窘境」的关键定义是存有2个“全球”:一个世界中,V1 是个邪惡的数据上传者,V2 是个诚信的挑战者;另一个世界中,V1 是个诚信的数据上传者,V2 是个邪惡的挑战者。针对那时候沒有尝试免费下载这一特殊数据的人而言,是没法对于此事开展区别的。自然,在一个可拓展的区块链技术区块链中,每一个独立的节点能够 只免费下载一小部分数据,因而,除开存有矛盾这一客观事实以外,仅有一小部分节点能够 见到发生什么事。

因为不太可能区别谁对到底是谁的错,因而不太可能有一个合理的数据可用性证实计划方案。

疑难问题:假如一些数据不能用该怎么办?根据 ZK-SNARK,你也就能够 明确一切都是合理的,这还不够吗?

悲剧的是,只是仅有实效性是不能保证 恰当运作区块链的。这是由于,假如区块链是合理的,可是全部的数据全是不能用的,那麼客户就没有办法升级她们需要的数据来转化成用以认证将来区块的实效性的证实。假如一个网络攻击转化成了一个合理但不能用的区块,随后该网络攻击又消失了,那麼他就可以合理地中止这条链。某一人很有可能会被劫持某一特殊客户的帐户数据,直至该客户付款保释金,因此 这个问题并不单纯是区块链特异性难题。

有一些强大的信息内容-基础理论见解觉得这个问题十分重特大,没什么聪明的方法来避开。详细信息客户程序本文:

https://eprint.iacr.org/2009/612.pdf

那麼,怎样在不下载的状况下查验 1MB 数据是不是可以用呢?这听起来不太可能!

在其中的关键是一种称之为数据可用性取样 (data availability sampling) 的技术性。数据可用性取样的工作方式以下:

应用一种称为纠删码 (erasure coding) 的专用工具,将一段包括 N 个数据块的数据拓展成一段包括 2N 个数据块的数据,那样,在其中随意 N 个数据块都能够修复全部数据。

为了更好地查验数据的可用性,无需下载全部数据,客户仅仅简易地在该区块中任意挑选一个固定不动总数的部位 (例如 30 个部位),且仅有当客户在全部她们挑选的部位取得成功地寻找这种数据块时,才会接纳该区块。

纠删码将“查验100%可用性”(即查验每一段数据全是可以用的) 这一难题转化成了“查验50%的可用性”(即最少有一半的数据是可以用的)。简单随机抽样解决了 50% 的可用性难题。假如不上 50% 的数据是可以用的,那麼最少有一次查验基本上毫无疑问会不成功;假如最少 50% 的数据是可以用的,另外一些节点很有可能无法识别出某一区块是可以用的,那麼只必须一个诚信节点运作纠删码重新构建全过程,就能将该区块剩下的 50% 数据修复。因而,不用免费下载 1 MB 来查验 1MB 区块的可用性,你只必须免费下载几 KB。这促使对每一个区块开展数据可用性查验是行得通的。能够 根据本文来掌握这类查验怎样在 P2P 子互联网中合理地完成:

https://hackmd.io/@vbuterin/sharding_proposal#Blob-publication-process

能够 应用 ZK-SNARK 来认证对一段数据开展的纠删码是不是恰当的被实行,随后能够 应用 Merkle 支系来认证单独数据块。或是,你能应用代数式服务承诺 (比如 Kate (别名KZG) 服务承诺 ),实质上是在一个简易的部件中开展纠删码、证实单独原素和准确性认证——这就是以太币分片所应用的。

简述:大家也是怎样保证 一切都是恰当的?

假定有 100 个区块,你要想在没有依靠联合会的状况下合理地认证全部区块的准确性。大家必须做下列工作中:

每一个手机客户端对每一个区块开展数据可用性取样,以认证每一个区块中的数据的可用性,另外手机客户端对每一个区块只免费下载几 KB,即便全部区块的尺寸有 1MB 或更高。仅有当某一区块的全部数据可用性挑戰都被恰当地相对应时,手机客户端才会接纳该区块。

即然大家早已认证了数据的可用性,那麼认证准确性就越来越更非常容易了。有二种方式:

我们可以应用证实:一些质押贷款了储蓄的参加者能够 对每一个区块的准确性开展签字。而其他节点,被称作挑战者 (或是渔民),会任意查验并试着详细地解决区块。因为大家早已查验了数据的可用性,因此 一直可以下载数据并详细地解决一切特殊的区块。假如她们 (挑战者) 发觉一个失效的区块,她们会公布一个每个人都认证的挑戰。假如这一区块被证实是失效的,那麼这一区块及其取决于它的全部事后区块都必须再次测算。

大家还可以应用 ZK-SNARKs。每一个区块都将附加一个 ZK-SNARK 来证实其准确性。

在以上一切一种状况下,每一个手机客户端只必须对每一个区块做小量的认证工作中,不管区块有多大。在应用证实的状况下,有时候必须在链上详细地认证区块,但这应该是十分少见的,由于开启就算一个挑戰的成本费全是十分价格昂贵的。

就这样!就以太币分片来讲,最近方案是将分片区块仅用以数据;换句话说,分片单纯是一个“数据可用性模块”,而 Layer 2 Rollups 将应用这一安全性的数据室内空间,另外应用证实或 ZK-SNARKs,来完成高货运量的安全性买卖解决工作能力。可是,彻底能够 建立那样一个内嵌系统软件来加上“当地”高货运量实行。

分片的重要总体目标是尽量拷贝传统式 (非分片) 区块链最重要的安全性特性,但不用每一个节点亲自认证每单买卖。

在传统式的区块链中:

失效区块没法根据,由于认证节点会发觉他们失效并忽视他们。

不能用的区块没法根据,由于认证节点无法打开他们并忽视他们。

在一个具备高級安全性特点的分片区块链中:

失效区块没法根据,由于:

证实会快速把握住失效区块,并通告全部互联网该区块的失效性,并惩处该区块的创始者;或是

ZK-SNARK 证实准确性,而且你不能为一个失效区块建立一个合理的 ZK-SNARK 证实。

不能用的区块没法根据,由于:

假如一个区块的数据仅有不上 50% 可以用,那麼针对每一个手机客户端而言,最少会有一个数据可用性抽样检验会不成功,进而造成 手机客户端回绝该区块。

假如一个区块最少有 50% 的数据可以用,那麼事实上全部区块全是可以用的,由于只必须一个诚信的节点就可以重新构建该区块的一部分。

沒有执行分片的传统式高 TPS 区块链 (例如 DPoS 链) 没法出示这种确保;多链生态体系也没有办法防止网络攻击挑选在其中一条链做为进攻总体目标并随便操纵此条链的难题 (这种链很有可能会共享资源安全系数,但假如这些方面做不太好,全部多链生态体系将事实上变为一条传统式的高 TPS 的链,并具备后面一种的全部缺陷;假如在共享资源安全系数层面搞好了,这一多链绿色生态就仅仅变成以上分片技术性的一个更繁杂的完成罢了)。

主链 (sidechains) 高宽比取决于实际完成,但他们一般非常容易遭受传统式高 TPS 区块链的缺点的危害 (假如他们共享资源挖矿/认证者),或遭受多链生态体系的缺点的危害 (假如他们不共享资源挖矿/认证者)。选用分片的区块链 (注:译员在下文种通称为“分片区块链”或“分片系统软件”)可以防止这种难题。

殊不知,分片系统软件的铠甲上也是有一些缝隙。尤其是:

仅取决于联合会的分片区块链非常容易遭受响应式对手 (adaptive adversaries) 的进攻,并且问责制度也较差。换句话说,假如敌人有工作能力即时侵入 (或关掉) 她们挑选的随意节点,那麼她们只必须进攻小量节点就可以毁坏单独联合会。除此之外,假如对手 (不论是一名响应式的对手或是一名操纵有 50% 总质押贷款金的网络攻击) 摆脱了某一联合会,仅有她们的极少数一些节点 (即网络攻击在该联合会中的操纵的极少数节点) 会被公布的被确认参加了本次进攻,因而仅有极少数的质押贷款金会被惩罚。这也是为什么数据可用性取样与证实或 ZK-SNARKs 融合起來是简单随机抽样技术性的关键填补的另一个重要缘故。

仅有当有充足总数的手机客户端线上,他们一同传出充足的数据可用性取样要求时,数据可用性取样才安全性。结合实际,这代表着务必有几十个手机客户端线上 (而且这一数据伴随着系统软件容积与单独节点容积的比例的提升而提升)。这是一个 few-of-N 信赖实体模型——一般是非常可靠的,但毫无疑问沒有非分片区块链中节点对数据可用性不用信赖那麼健硕。

假如分片区块链取决于证实,那麼它取决于时效性假定;假如网络太慢,节点很有可能会在用以证实某一区块不正当性的证实发生以前接纳某一区块是被谈妥了。幸运的是,假如你严苛遵照一旦发觉失效区块就反转全部失效区块的标准,那麼这一阀值是一个客户设定的主要参数:每一个客户挑选她们能够 等候最后谈妥的時间,假如她们不肯等候太长期,那麼便会遭到损害,但更为慎重的客户是安全性的。即使如此,这或是消弱了客户体验。

必须传输的初始数据总数要大很多,这提升了在极端化互联网标准下产生传输失败的风险性。与很多数据对比,小量数据更非常容易推送 (假如强劲的政府部门尝试核查这条链,也更非常容易安全性地掩藏数据)。区块电脑浏览器必须储存大量的数据,假如他们要想适用成条链得话。

分片区块链取决于分片 P2P 互联网,每一个独立的 P2P“子互联网”(即分片链) 更非常容易遭受进攻,因为它有更少的节点。用以数据可用性取样的子网络模型  能够 减轻这类状况,由于子互联网中间存有一些沉余,但依然存有风险性。

之上这种全是有效的忧虑,虽然在大家来看,容许大量的运用运作在区块链上,而不是根据去中心化的 Layer 2 服务项目运作,是更加令人堪忧的难题。话虽如此,这种忧虑,尤其是后2个难题,事实上是限定分片区块链货运量超出某一点的真实要素。二次分片的二次性是有限定的。

顺带说一句,假如分片区块链的货运量越来越太高,那麼它的安全隐患会越来越大,这也是为什么拓展到超二次分片的勤奋在非常大水平上被舍弃的重要缘故;好像维持二次分片的二次性才算是最好是的方式。

为什么不因去中心化的方法开展区块生产制造,另外对认证开展分片?

大家常常明确提出的一种分片取代计划方案是,构建一条构造类似去中心化的高 TPS 链的区块链,但这条链上边应用数据可用性取样和分片,以完成对实效性和可用性的认证。

这改善了现阶段存有的去中心化高 TPS 区块链,但依然比分片系统软件弱得多。这几个缘故:

在一个高 TPS 的区块链中,区块经营者更无法检测到核查。发觉核查规定:(i) 可以见到每一笔买卖,并认证沒有那样的买卖存有:该买卖显著非常值得被装包,但无缘无故地未被装包进区块;或是 (ii) 在区块经营者中创建一个 1-of-N 信赖实体模型,并认证沒有区块没能进到链中。在一条去中心化的高 TPS 链中,(i) 是不太可能的,(ii) 更难以达到,由于较少的节点数量乃至会使 1-of-N 信赖实体模型更非常容易奔溃,并且,假如区块链的出块时间针对 DAS 而言太快 (如同大部分去中心化的高 TPS 链一样),就难以证实某一节点生产制造的区块并不是由于公布速率很慢而被拒绝。

假如大部分区块经营者和生态体系组员尝试强行通过一项不会受到小区热烈欢迎的协议书变动,尽管客户的手机客户端毫无疑问会检验到该变动,但针对小区而言,抵抗和根据分岔来回绝该变动是十分艰难的,由于她们必须运行一组新的十分价格昂贵的高货运量节点来维护保养一条维持旧标准的链。

去中心化的基础设备更非常容易遭受外界个人行为者的审查。生产制造区块的连接点拥有 高货运量,这促使他们很容易被发觉,并更非常容易被关掉。在政冶和逻辑性上,审查专业的高性能计算也比审查普通用户的笔记本更非常容易。

将高性能计算迁移到去中心化云服务的工作压力更高,提升了成条链将在 1-3 家企业的云服务内运作的风险性,因而会提升因为很多区块经营者另外发生常见故障而造成 成条链奔溃的风险性。而拥有 在客户自身的硬件配置上运作认证者的文化艺术的分片区块链不易遭受这类危害。

适度开展分片的系统软件做为基础层更强。给出一个执行分片的基础层,你一直能够 根据搭建一个 Rollup 来在其上建立一个去中心化的生产系统。可是,假如你有一个取决于去中心化的区块生产制造的基础层,那你就没法在上面搭建一个更为区块链技术的 Layer 2。

全文连接:

https://vitalik.ca/general/2021/04/07/sharding.html

文章正文中涉及到的连接:

:https://ethresear.ch/t/pragmatic-signature-aggregation-with-bls/2105

:https://vitalik.ca/general/2020/08/17/philosophy.html

:https://github.com/ethereum/research/wiki/A-note-on V神:以太坊PoS比大多数现有方案具有更强特性:有推特网友称,从外部看来,PoS并不是一个很大的成就,它已经存在于其他加密货币上。困难的是区块链的实际扩展。V神随后回应称,以太坊的PoS比大多数现有方案具有更强的特性。复杂性进一步增加,因为它被设计为“准备插入分片”(ready to be plugged into sharding)(也就是说,许多工作确实已经完成了分片工作)。[2020/11/30 22:32:56]

声音 | V神:五年过去了,加密货币基础层问题在减少,应用层问题才刚开始:近日,以太坊创始人V神在网站上刊文指出,2014 年,他曾发表一篇文章和一个演讲,其中列出了数学、计算机科学和经济学方面的难题,当时他认为这些难题对于加密货币领域的成熟至关重要。如今五年过去了,情况发生了很大变化,包括密码学、共识理论、经济学方面的16个问题中部分已经获得进展,比如权益证明、稳定币、去中心化公共物品激励等;部分进展缓慢,比如共识理论、代码混淆、信誉系统等。最后,V神提到,基础层问题正在缓慢减少,但应用层问题才刚刚开始。[2019/11/24]

声音 | V神:Libra当前面临隐私问题 同时其也成为政府的警钟:据AMBCrypto今日消息,V神谈论Libra时表示,Libra目前的工作模式实希望客户将货币存放在保管钱包中,这不仅从隐私的角度看是不好的,而且因为它与现有的传统金融体系没有什么不同,在传统金融体系中,公司必须进行一个客户识别的过程。V神认为这对Libra来说可能是个大问题。他解释说,

“在这种情况下,某家公司总是有可能制造出一种不进行这种程序的钱包,可能有人会用它来。”然而,V神也明确表示,由于Libra还没有发布,它仍然可以在正式发布之前做好在这些方面工作。

同时但他也称Libra是“政府的警钟”。他表示,像Libra这样的项目对政府来说就像一个警钟,因为政府现在意识到,如果不修改主权货币的技术,他们将面临竞争。因此,现在可以看到很多人对创建一种主权数字货币感兴趣。[2019/9/15]

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