【#區(qū)塊鏈# #Vitalik的PoS簡化提案：在SSF后每插槽用8192個簽名#】

作者：Vitalik Buterin，ethresearch；編譯：松雪，

以太坊和大多數(shù)其他（最終確定性）權(quán)益證明系統(tǒng)之間的主要區(qū)別在于，以太坊試圖支持非常多的驗(yàn)證器對象：我們目前有 895,000 個驗(yàn)證器對象，簡單的 Zipf 定律分析表明這對應(yīng)于數(shù)萬個驗(yàn)證器對象是獨(dú)特的個人/實(shí)體。 這樣做的目的是支持去中心化，甚至允許普通個人參與質(zhì)押，而不要求每個人放棄自己的代理權(quán)并將控制權(quán)交給少數(shù)質(zhì)押池之一。

然而，這種方法要求以太坊鏈每個時隙處理大量簽名（今天約為 28,000 個；SSF 后為 1,790,000 個），這是一個非常高的負(fù)載。 支持此負(fù)載需要做出大量技術(shù)犧牲：

• 這需要一個復(fù)雜的證明傳播機(jī)制，涉及將證明分割到多個子網(wǎng)之間，需要對BLS簽名操作進(jìn)行超優(yōu)化以驗(yàn)證這些簽名等等。

• 我們沒有一個明確的可替代、足夠高效的抗量子的方案。

• 類似視圖合并的分叉選擇修復(fù)變得更加復(fù)雜，因?yàn)闊o法提取單個簽名。

• 對簽名進(jìn)行SNARK處理是困難的，因?yàn)樗鼈兊臄?shù)量很大。Helios需要在一個專用的額外簽名上操作，稱為同步委員會簽名。

• 它通過要求一個時間槽中有三個子時間槽而不是兩個，增加了安全最小時間槽。

簽名聚合系統(tǒng)乍看起來是合理的，但實(shí)際上它創(chuàng)建了系統(tǒng)性復(fù)雜性，這種復(fù)雜性滲透到各個方面。

更何況，它甚至沒有達(dá)到自己的目的。 質(zhì)押的最低要求仍然是 32 ETH，這對很多人來說是遙不可及的。 而僅僅從邏輯上分析，從長遠(yuǎn)來看，讓每個人都簽到的系統(tǒng)真正為普通人提供質(zhì)押似乎是不可行的：如果以太坊有 5 億用戶，其中 10% 的用戶進(jìn)行質(zhì)押，那么 這意味著每個插槽有 1 億個簽名。 從信息理論上講，此設(shè)計中的處理削減需要每個插槽至少 12.5 MB 的數(shù)據(jù)可用空間，大致與完整 daksharding 的目標(biāo)一樣多（!!!）。 也許是可行的，但要求質(zhì)押本身依賴于數(shù)據(jù)可用性采樣會帶來很大的復(fù)雜性增益——即使這只是世界人口質(zhì)押的約 0.6%，而且還沒有開始涉及驗(yàn)證這么多簽名的計算問題。

因此，與其依賴于密碼學(xué)家創(chuàng)造魔法子彈（或魔法防彈衣），以使每個時間槽中的簽名數(shù)量不斷增加成為可能，我建議我們進(jìn)行一次哲學(xué)轉(zhuǎn)變：從一開始就放棄對此類期望。這將極大地擴(kuò)展PoS設(shè)計空間，并允許進(jìn)行大量技術(shù)簡化，通過允許Helios直接在以太坊共識上進(jìn)行SNARK處理，使其更加安全，并通過使即使是像Winternitz這樣無聊而存在已久的簽名方案也能夠可行來解決量子抗性問題。

為什么不“只用委員會”呢？

許多面臨這一確切問題的非以太坊區(qū)塊鏈?zhǔn)褂昧艘环N基于委員會的安全方法。在每個時間槽中，它們隨機(jī)選擇N個驗(yàn)證者（例如，N約等于1000），這些驗(yàn)證者負(fù)責(zé)完成該時間槽。值得提醒的是，為什么這種方法不足夠：它缺乏問責(zé)制。

為了理解其中的原因，假設(shè)發(fā)生了一次51%攻擊。這可能是一次最終性逆轉(zhuǎn)攻擊或?qū)彶楣簟Ｒl(fā)動攻擊，仍然需要控制大部分質(zhì)押的經(jīng)濟(jì)參與者同意進(jìn)行攻擊，即運(yùn)行參與攻擊的軟件，與所有最終被選為委員會的驗(yàn)證者一起參與攻擊。隨機(jī)抽樣的數(shù)學(xué)保證了這一點(diǎn)。然而，他們?yōu)檫@樣的攻擊承擔(dān)的懲罰很小，因?yàn)榇蠖鄶?shù)同意攻擊的驗(yàn)證者最終沒有被看到，因?yàn)樗麄儧]有被選為委員會成員。

目前，以太坊采取了相反的極端。如果發(fā)生51%攻擊，整個攻擊驗(yàn)證器集合的大部分都會被削減質(zhì)押。目前攻擊的成本約為900萬ETH（約合200億美元），并且這假設(shè)網(wǎng)絡(luò)同步以最大程度地有利于攻擊者的方式中斷。

我認(rèn)為這是一個高昂的成本，而且是一個過高的成本，我們可以在這個問題上做出一些犧牲。即使攻擊成本為1-2百萬ETH也完全足夠。此外，以太坊目前存在的主要中心化風(fēng)險在一個完全不同的地方：如果最低質(zhì)押金額降低到接近零，大規(guī)模的質(zhì)押池的實(shí)力差異將不會太大。

這就是為什么我主張一個溫和的解決方案：在驗(yàn)證者的問責(zé)制上做出一些犧牲，但仍然保持可削減的ETH總量相當(dāng)高，作為交換，它給我們帶來了較小驗(yàn)證者集合的大部分好處。

在SSF下，每個時間槽的8192個簽名會是什么樣子呢？

假設(shè)采用傳統(tǒng)的兩輪共識協(xié)議（類似Tendermint使用的協(xié)議，以及SSF不可避免地會使用的協(xié)議），每個參與的驗(yàn)證者每個時間槽需要兩個簽名。我們需要繞過這個現(xiàn)實(shí)。我看到三種主要方法，我們可以這樣做。

方法一：全力投入去中心化質(zhì)押池

Python 有一句非常關(guān)鍵的話：

應(yīng)該有一種——最好只有一種——明顯的方法來做到這一點(diǎn)。

對于質(zhì)押平等化的問題，以太坊目前違反了這一規(guī)則，因?yàn)槲覀兺瑫r執(zhí)行兩種不同的策略來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)：（i）小規(guī)模單獨(dú)質(zhì)押，以及（ii）使用分布式驗(yàn)證器技術(shù)（DVT）的去中心化質(zhì)押池 。 由于上述原因，(i) 只能支持部分個人質(zhì)押者； 總會有很多人的最低存款額太大。 然而，以太坊正在為支持（i）付出非常高的技術(shù)負(fù)擔(dān)成本。

一種可能的解決方案是放棄（i）并全力投入（ii）。我們可以將最小質(zhì)押金額提高到4096 ETH，并設(shè)定4096個驗(yàn)證者的總上限（約1670萬ETH）。預(yù)計小規(guī)模質(zhì)押者將加入DVT池：要么通過提供資金，要么成為節(jié)點(diǎn)運(yùn)營商。為了防止攻擊者濫用，節(jié)點(diǎn)運(yùn)營商角色需要以某種方式受到聲望的限制，并且池之間將通過在這方面提供不同的選擇來競爭。提供資金將是無許可的。

我們可以通過限制處罰來使該模型中的集合質(zhì)押更加“寬容”，例如。 至所提供質(zhì)押總數(shù)的 1/8。 這將減少對節(jié)點(diǎn)運(yùn)營商的信任，盡管由于此處概述的問題，值得謹(jǐn)慎處理。

方法 二：兩級質(zhì)押

我們創(chuàng)建兩層質(zhì)押者：一個“重型”層，要求4096 ETH，參與最終化，以及一個“輕型”層，沒有最低質(zhì)押要求（同時也沒有存款和提款延遲，以及沒有削減的風(fēng)險），它增加了另一層的安全性。要使一個區(qū)塊最終化，既需要重型層最終化它，又需要輕型層在線輕型驗(yàn)證者的>= 50%對其進(jìn)行證明。

這種異質(zhì)性對于抗審查和抵抗攻擊是有益的，因?yàn)橐构舫晒?，需要同時腐化重型層和輕型層。如果一層被腐化而另一層沒有，鏈將停止；如果是重型層被腐化，可以對其進(jìn)行懲罰。

這種方法的另一個好處是，輕型層可以包括同時用作應(yīng)用程序內(nèi)抵押品的ETH。主要的缺點(diǎn)是，通過確立小規(guī)模質(zhì)押者和大規(guī)模質(zhì)押者之間的分歧，使質(zhì)押變得不太平等。

方法 三：輪流參與（即委員會但負(fù)責(zé)）

我們采取的方法與這里提出的超級委員會設(shè)計類似：對于每個時隙，我們選擇 4096 個當(dāng)前活躍的驗(yàn)證者，并且我們在每個時隙期間仔細(xì)調(diào)整該集合，以確保我們?nèi)匀话踩?/strong>