Buku Putih NEAR
Statusgültigkeit und Datenverfügbarkeit
Die Kernidee bei Sharded blockchains ist, dass die meisten Teilnehmer, die bzw Durch die Nutzung des Netzwerks können Blöcke in allen Shards nicht validiert werden. Also wann immer Jeder Teilnehmer muss mit einem bestimmten Shard interagieren, was ihm im Allgemeinen nicht möglich ist Laden Sie den gesamten Verlauf des Shards herunter und validieren Sie ihn. Der Partitionierungsaspekt des Shardings birgt jedoch ein erhebliches Potenzial Problem: ohne den gesamten Verlauf einer bestimmten Datei herunterzuladen und zu validieren Shard Der Teilnehmer kann nicht unbedingt sicher sein, dass der Staat mit dem 5Dieser Abschnitt, mit Ausnahme von Unterabschnitt 2.5.3, wurde zuvor unter https://near.ai/ veröffentlicht. shard2. Wenn Sie es schon einmal gelesen haben, fahren Sie mit dem nächsten Abschnitt fort.
Ihre Interaktion ist das Ergebnis einer gültigen Folge von Blöcken und dieser Folge der Blöcke ist tatsächlich die kanonische Kette im Shard. Ein Problem, das nicht der Fall ist existieren in einem nicht fragmentierten blockchain. Wir werden zunächst eine einfache Lösung für dieses vorgeschlagene Problem vorstellen durch viele Protokolle und analysieren Sie dann, wie diese Lösung kaputt gehen kann und was Es wurden Versuche unternommen, das Problem anzugehen. 2.1 Rotation der Validatoren Die naive Lösung zur Staatsgültigkeit ist in Abbildung 5 dargestellt: Nehmen wir an, wir nehmen an dass das gesamte System in der Größenordnung von Tausenden validators hat, davon nicht mehr als 20 % sind böswillig oder werden auf andere Weise scheitern (z. B. indem sie es nicht tun). online, um einen Block zu erstellen). Wenn wir dann 200 validators abtasten, ist die Wahrscheinlichkeit von mehr als 1 3 Aus praktischen Gründen kann davon ausgegangen werden, dass der Wert null ist. Abbildung 5: Probenahme validators 1 3 ist ein wichtiger Schwellenwert. Es gibt eine Familie von Konsensprotokollen, genannt BFT Konsensprotokolle, die dies für weniger als 1 garantieren 3 von Teilnehmer scheitern, entweder durch einen Absturz oder durch ein Verhalten, das gegen die Regeln verstößt Protokoll wird der Konsens erzielt. Mit dieser Annahme ehrlicher validator Prozent, wenn der aktuelle Satz von Die naive Lösung geht davon aus, dass validators in einem Shard uns einen Block geben dass der Block gültig ist und dass er auf dem aufbaut, was die validators glaubten die kanonische Kette für diesen Shard, als sie mit der Validierung begannen. Die validators lernte die kanonische Kette aus dem vorherigen Satz von validators, die von demselben Annahme, die auf dem Block aufgebaut ist, der der Kopf der kanonischen Kette war davor. Durch Induktion ist die gesamte Kette gültig, und da keine Menge von validators An jedem Punkt, an dem Gabeln hergestellt werden, ist die naive Lösung auch sicher, dass der Strom vorhanden ist Kette ist die einzige Kette im Shard. Eine Visualisierung finden Sie in Abbildung 6.
Abbildung 6: Ein blockchain, bei dem jeder Block über einen BFT-Konsens abgeschlossen wird Diese einfache Lösung funktioniert nicht, wenn wir davon ausgehen, dass die validators möglich sind adaptiv korrumpiert, was keine unvernünftige Annahme ist6. Adaptiv Die Beschädigung eines einzelnen Shards in einem System mit 1000 Shards ist deutlich günstiger als das gesamte System zu beschädigen. Daher nimmt die Sicherheit des Protokolls linear mit der Anzahl der Shards ab. Um Gewissheit über die Gültigkeit zu haben Um einen Block zu erstellen, müssen wir wissen, dass es zu keinem Zeitpunkt in der Geschichte einen Shard im System gibt eine Mehrheit der validators konspiriert; Mit adaptiven Gegnern haben wir das nicht mehr solche Gewissheit. Wie wir in Abschnitt 1.5 besprochen haben, können konspirative validators Ausübung ausüben zwei grundlegende böswillige Verhaltensweisen: Forks erstellen und ungültige Blöcke erzeugen. Schädliche Forks können dadurch bekämpft werden, dass Blöcke mit der Beacon-Kette vernetzt werden, die im Allgemeinen für eine deutlich höhere Sicherheit ausgelegt ist die Scherbenketten. Das Erzeugen ungültiger Blöcke ist jedoch ein wesentlich größerer Aufwand herausforderndes Problem, das es zu bewältigen gilt. 2.2 Staatliche Gültigkeit Betrachten Sie Abbildung 7, in der Shard Nr. 1 beschädigt ist und ein böswilliger Akteur produziert ungültiger Block B. Angenommen, in diesem Block B wurden 1000 tokens aus dem Nichts geprägt Luft auf Alices Konto. Der böswillige Akteur erstellt dann einen gültigen Block C (in a (das Gefühl, dass die Transaktionen in C korrekt angewendet werden) auf B, was verschleiert den ungültigen Block B und initiiert eine Shard-übergreifende Transaktion zu Shard Nr. 2 überweist diese 1000 tokens auf Bobs Konto. Von diesem Moment an ist das falsch Die erstellten tokens befinden sich auf einem ansonsten vollständig gültigen blockchain in Shard Nr. 2. Einige einfache Ansätze zur Lösung dieses Problems sind: 6Lesen dies Artikel für Details auf wie adaptiv Korruption kann sein getragen aus: https://medium.com/nearprotocol/d859adb464c8. Für mehr Details auf adaptiv Korruption, lesen https://github.com/ethereum/wiki/wiki/Sharding-FAQ# Was sind die Sicherheitsmodelle, nach denen wir arbeiten?Abbildung 7: Eine Shard-übergreifende Transaktion aus einer Kette, die einen ungültigen Block hat 1. Für validators von Shard Nr. 2, um den Block zu validieren, von dem aus die Transaktion erfolgt wird eingeleitet. Dies wird auch im obigen Beispiel nicht funktionieren, da Block C scheint völlig gültig zu sein. 2. Damit validators in Shard Nr. 2 eine große Anzahl von Blöcken vor dem Block validieren, von dem aus die Transaktion initiiert wird. Natürlich, z Eine beliebige Anzahl von Blöcken N wird vom empfangenden Shard des Böswilligen validiert validators können N+1 gültige Blöcke zusätzlich zu dem ungültigen Block erstellen, den sie verwenden produziert. Eine vielversprechende Idee zur Lösung dieses Problems wäre die Anordnung von Shards in einer ungerichteter Graph, in dem jeder Shard mit mehreren anderen Shards verbunden ist, und Lassen Sie nur Cross-Shard-Transaktionen zwischen benachbarten Shards zu (z. B. so geht's). Das Sharding von Vlad Zamfir funktioniert im Wesentlichen7, und eine ähnliche Idee wird bei Kadena verwendet Chainweb [1]). Wenn eine Shard-übergreifende Transaktion zwischen Shards erforderlich ist keine Nachbarn, eine solche Transaktion wird über mehrere Shards geleitet. In diesem Design Es wird erwartet, dass ein validator in jedem Shard alle Blöcke in seinem Shard validiert sowie alle Blöcke in allen benachbarten Shards. Betrachten Sie die folgende Abbildung mit 10 Shards, von denen jeder vier Nachbarn hat und keine zwei Shards, die mehr erfordern mehr als zwei Hops für eine Shard-übergreifende Kommunikation, wie in Abbildung 8 dargestellt. Shard Nr. 2 validiert nicht nur seine eigene blockchain, sondern auch blockchains von alle Nachbarn, einschließlich Shard #1. Wenn es sich also um einen böswilligen Akteur auf Shard Nr. 1 handelt versucht, einen ungültigen Block B zu erstellen und dann Block C darauf aufzubauen und eine Cross-Shard-Transaktion initiieren, eine solche Cross-Shard-Transaktion wird nicht durchgeführt durch, da Shard Nr. 2 die gesamte Geschichte von Shard Nr. 1 validiert hat führt dazu, dass der ungültige Block B identifiziert wird. 7Lesen Sie hier mehr über das Design: https://medium.com/nearprotocol/37e538177ed9
Abbildung 8: Eine ungültige Cross-Shard-Transaktion in einem Chainweb-ähnlichen System entdeckt werden Während das Korrumpieren eines einzelnen Shards kein brauchbarer Angriff mehr ist, ist das Korrumpieren eines Shards kein brauchbarer Angriff mehr Wenig Scherben bleiben ein Problem. In Abbildung 9 korrumpiert ein Gegner beide Shards
1 und Shard #2 führen erfolgreich eine Cross-Shard-Transaktion zu Shard #3 aus
mit Mitteln aus einem ungültigen Block B: Abbildung 9: Eine ungültige Cross-Shard-Transaktion in einem Chainweb-ähnlichen System nicht erkannt werden Shard Nr. 3 validiert alle Blöcke in Shard Nr. 2, jedoch nicht in Shard Nr. 1, und hat keine Möglichkeit, den bösartigen Block zu erkennen. Es gibt zwei Hauptrichtungen zur ordnungsgemäßen Lösung der Staatsvalidität: Fischer
und kryptografische Rechennachweise. 2.3 Fischer Die Idee hinter dem ersten Ansatz ist die folgende: Immer wenn ein Blockheader angezeigt wird wird zwischen Ketten zu irgendeinem Zweck kommuniziert (z. B. zur Vernetzung mit dem B. einer Beacon-Kette oder einer Cross-Shard-Transaktion), gibt es einen Zeitraum während womit jeder ehrliche validator einen Beweis dafür liefern kann, dass der Block ungültig ist. Da Es gibt verschiedene Konstruktionen, die sehr prägnante Beweise dafür ermöglichen, dass es sich um Blöcke handelt ungültig, sodass der Kommunikationsaufwand für die empfangenden Knoten viel geringer ist als das Erhalten eines vollständigen Blocks. Mit diesem Ansatz, solange es mindestens einen ehrlichen validator in der Shard, das System ist sicher. Abbildung 10: Fischer Dies ist der vorherrschende Ansatz (neben der Behauptung, dass das Problem nicht existiert) unter den heute vorgeschlagenen Protokollen. Dieser Ansatz hat jedoch zwei Hauptnachteile: 1. Der Herausforderungszeitraum muss für den ehrlichen validator ausreichend lang sein Um zu erkennen, dass ein Block erstellt wurde, laden Sie ihn herunter, überprüfen Sie ihn vollständig und bereiten Sie ihn vor die Challenge, wenn der Block ungültig ist. Die Einführung eines solchen Zeitraums würde verlangsamen die Cross-Shard-Transaktionen erheblich. 2. Die Existenz des Challenge-Protokolls schafft einen neuen Angriffsvektor wenn bösartige Knoten mit ungültigen Herausforderungen spammen. Eine naheliegende Lösung Dieses Problem besteht darin, die Herausforderer dazu zu bringen, einen bestimmten Betrag an tokens einzuzahlen werden zurückgegeben, wenn die Challenge gültig ist. Dies ist nur eine Teillösung, wie es heißt könnte für den Angreifer immer noch von Vorteil sein, das System zu spammen (und zu verbrennen). der Einlagen) mit ungültigen Anfechtungen, beispielsweise zur Verhinderung der gültigenHerausforderung von einem ehrlichen validator vom Durchgehen. Diese Angriffe sind sogenannte Trauerattacken. Eine Möglichkeit, den letztgenannten Punkt zu umgehen, finden Sie in Abschnitt 3.7.2. 2.4 Prägnante, nicht interaktive Wissensargumente Die zweite Lösung für die Beschädigung mehrerer Shards besteht darin, kryptografische Konstruktionen zu verwenden, mit denen man beweisen kann, dass eine bestimmte Berechnung (z. B (z. B. die Berechnung eines Blocks aus einer Reihe von Transaktionen) wurde korrekt durchgeführt. Es gibt solche Konstruktionen, z.B. zk-SNARKs, zk-STARKs und einige andere, und einige werden heute aktiv in blockchain-Protokollen für private Zahlungen verwendet, vor allem ZCash. Das Hauptproblem bei solchen Grundelementen besteht darin, dass sie sind notorisch langsam zu berechnen. Z.B. Coda-Protokoll, das zk-SNARKs verwendet Insbesondere um zu beweisen, dass alle Blöcke in blockchain gültig sind, in einem Aus den Interviews geht hervor, dass die Erstellung eines Beweises 30 Sekunden pro Transaktion dauern kann (Diese Zahl ist wahrscheinlich mittlerweile kleiner). Interessanterweise muss ein Beweis nicht von einer vertrauenswürdigen Partei berechnet werden Der Beweis bescheinigt nicht nur die Gültigkeit der Berechnung, für die er erstellt wurde, sondern auch die Gültigkeit des Beweises selbst. Daher kann die Berechnung solcher Beweise aufgeteilt werden unter einer Gruppe von Teilnehmern mit deutlich geringerer Redundanz, als es der Fall wäre notwendig, um eine vertrauenswürdige Berechnung durchzuführen. Es ermöglicht auch Teilnehmern die zk-SNARKs berechnen, um auf spezieller Hardware zu laufen, ohne die zu reduzieren Dezentralisierung des Systems. Die Herausforderungen von zk-SNARKs sind neben der Leistung: 1. Abhängigkeit von weniger erforschten und weniger bewährten kryptografischen Grundelementen; 2. „Giftiger Abfall“ – zk-SNARKs sind auf ein vertrauenswürdiges Setup angewiesen, in dem eine Gruppe vorhanden ist der Leute führt eine Berechnung durch und verwirft dann das Zwischenprodukt Werte dieser Berechnung. Wenn alle Verfahrensbeteiligten Absprachen treffen und die Zwischenwerte beibehalten, können gefälschte Beweise erstellt werden; 3. Zusätzliche Komplexität im Systemdesign; 4. zk-SNARKs funktionieren nur für eine Teilmenge möglicher Berechnungen, also ein Protokoll mit einer Turing-vollständigen smart contract-Sprache wäre dies nicht möglich SNARKs zum Beweis der Gültigkeit der Kette. 2.5 Datenverfügbarkeit Das zweite Problem, das wir ansprechen werden, ist die Datenverfügbarkeit. Im Allgemeinen Knoten Betrieb eines bestimmten blockchain sind in zwei Gruppen unterteilt: Vollständige Knoten, diejenigen, die jeden vollständigen Block herunterladen und jede Transaktion validieren, und Light Knoten, die nur Blockheader herunterladen und Merkle-Proofs für Teile verwenden des Zustands und der Transaktionen, an denen sie interessiert sind, wie in Abbildung 11 dargestellt.
Abbildung 11: Merkle-Baum Wenn nun die Mehrheit der vollständigen Knoten zusammenarbeitet, können sie einen Block erzeugen, gültig oder ungültig, und senden Sie seine hash an die Lichtknoten, geben Sie jedoch niemals den vollständigen Inhalt preis des Blocks. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie sie davon profitieren können. Zum Beispiel, Betrachten Sie Abbildung 12: Abbildung 12: Problem mit der Datenverfügbarkeit Es gibt drei Blöcke: Der vorherige, A, wird von ehrlichen validators erzeugt; der Strom, B, hat validators, die konspirieren; und das nächste, C, wird ebenfalls produziert von ehrlichen validators (der blockchain ist in der unteren rechten Ecke abgebildet). Sie sind ein Händler. Die validators des aktuellen Blocks (B) empfangenen Blocks Ein aus den vorherigen validators berechneter Block, in dem Sie Geld erhalten,und habe Ihnen einen Header dieses Blocks mit einem Merkle-Beweis für den Zustand geschickt, in dem er sich befindet Sie haben Geld (oder einen Merkle-Nachweis einer gültigen Transaktion, die das Geld sendet). für dich). Im Vertrauen darauf, dass die Transaktion abgeschlossen ist, erbringen Sie den Service. Allerdings verteilen die validators niemals den gesamten Inhalt des Blocks B an irgendjemand. Daher können die ehrlichen validators von Block C den Block nicht abrufen, und sind entweder gezwungen, das System zum Stillstand zu bringen oder auf A aufzubauen, wodurch Sie als a benachteiligt werden Geldhändler. Wenn wir das gleiche Szenario auf Sharding anwenden, ergeben sich die Definitionen von vollständig und Light-Knoten gelten im Allgemeinen pro Shard: validators in jedem Shard-Download alle Blockieren Sie diesen Shard und validieren Sie jede Transaktion in diesem Shard, außer anderen Knoten im System, einschließlich derjenigen, die Snapshot-Shard-Ketten in den Status aufnehmen Beacon-Kette, laden Sie nur die Header herunter. So lauten die validators im Shard effektiv vollständige Knoten für diesen Shard, während andere Teilnehmer im System, einschließlich der Beacon-Kette, fungieren als Lichtknoten. Damit der oben besprochene Fisherman-Ansatz funktioniert, sind ehrliche validators erforderlich Sie müssen in der Lage sein, Blöcke herunterzuladen, die mit der Beacon-Kette vernetzt sind. Wenn böswillige validators einen Header eines ungültigen Blocks vernetzten (oder ihn dazu nutzten). eine Cross-Shard-Transaktion initiieren), aber niemals den Block verteilen, das ehrlich validators haben keine Möglichkeit, eine Herausforderung zu gestalten. Wir werden drei Ansätze zur Lösung dieses Problems behandeln, die sich ergänzen einander. 2.5.1 Sorgerechtsnachweise Das unmittelbarste zu lösende Problem ist, ob ein Block einmal verfügbar ist es wird veröffentlicht. Eine vorgeschlagene Idee besteht darin, so genannte Notare einzusetzen, die rotieren zwischen Shards häufiger als validators, deren einzige Aufgabe darin besteht, a herunterzuladen blockieren und bestätigen, dass sie es herunterladen konnten. Das können sie sein häufiger rotiert, da nicht der gesamte Bundesstaat heruntergeladen werden muss des Shards, im Gegensatz zu den validators, die seitdem nicht häufig rotiert werden können Sie müssen bei jeder Drehung den Status des Shards herunterladen, wie in der Abbildung dargestellt 13. Das Problem bei diesem naiven Ansatz ist, dass es unmöglich ist, ihn später zu beweisen ob der Notar den Block herunterladen konnte oder nicht, also ein Notar können sich dafür entscheiden, immer zu bestätigen, dass sie den Block auch ohne herunterladen konnten sogar versucht, es wiederzubekommen. Eine Lösung hierfür ist die Bereitstellung durch Notare einige Beweise oder eine gewisse Menge an tokens einzusetzen, die belegen, dass der Block vorhanden war heruntergeladen. Eine solche Lösung wird hier diskutiert: https://ethresear.ch/t/ 1-bit-aggregation-freundliche-custody-bonds/2236. 2.5.2 Löschcodes Wenn ein bestimmter Lichtknoten einen hash eines Blocks empfängt, um den Knoten zu erhöhen Wenn Sie sicher sind, dass der Block verfügbar ist, können Sie versuchen, einige zufällige herunterzuladen Stücke des Blocks. Dies ist keine vollständige Lösung, da es sich nicht um die Lichtknoten handelt Laden Sie gemeinsam den gesamten Block herunter, den die böswilligen Blockproduzenten auswählen können
Abbildung 13: Validatoren müssen den Status herunterladen und können daher nicht rotiert werden häufig um die Teile des Blocks zurückzuhalten, die von keinem Lichtknoten heruntergeladen wurden, Dadurch ist der Block immer noch nicht verfügbar. Eine Lösung besteht darin, eine Konstruktion namens Erasure Codes zu verwenden, um dies zu ermöglichen um den gesamten Block wiederherzustellen, auch wenn nur ein Teil des Blocks verfügbar ist, wie gezeigt auf Abbildung 14. Abbildung 14: Merkle tree basiert auf löschcodierten Daten Sowohl Polkadot als auch Ethereum Serenity haben Designs rund um diese Idee Bieten Sie Lichtknoten die Möglichkeit, einigermaßen sicher zu sein, dass die Blöcke verfügbar sind. Eine ausführliche Beschreibung des Ethereum Serenity-Ansatzes finden Sie in [2].2.5.3 Polkadots Ansatz zur Datenverfügbarkeit In Polkadot erstellt, wie in den meisten Shard-Lösungen, jeder Shard (Parachain genannt) einen Snapshot seiner Blöcke in der Beacon-Kette (Relay-Kette genannt). Angenommen, es gibt 2f + 1 validators in der Relaiskette. Die Blockproduzenten der Parachain-Blöcke, genannt Collatoren berechnen nach der Erstellung des Parachain-Blocks eine löschcodierte Version des Blocks, die aus 2f +1 Teilen besteht, sodass alle f-Teile ausreichen um den Block zu rekonstruieren. Anschließend verteilen sie einen Teil an jeden validator auf der Relaiskette. Eine bestimmte Relay-Kette validator würde sich nur an einer Relay-Kette anmelden Block, wenn sie ihren Teil für jeden Parachain-Block haben, auf den ein Snapshot erstellt wird ein solcher Relaiskettenblock. Wenn also ein Relay-Chain-Block Signaturen von 2f + 1 hat validators und solange jeweils nicht mehr als f von ihnen gegen das Protokoll verstoßen haben Der Parachain-Block kann durch Abrufen der Teile aus den validators rekonstruiert werden die dem Protokoll folgen. Siehe Abbildung 15. Abbildung 15: Datenverfügbarkeit von Polkadot 2.5.4 Langfristige Datenverfügbarkeit Beachten Sie, dass alle oben diskutierten Ansätze nur die Tatsache bestätigen, dass ein Block vorliegt wurde überhaupt veröffentlicht und ist jetzt verfügbar. Blöcke können später nicht mehr verfügbar sein Aus verschiedenen Gründen: Knoten gehen offline, Knoten löschen absichtlich historische Daten Daten und andere. Ein erwähnenswertes Whitepaper, das sich mit diesem Problem befasst, ist Polyshard [3], das Löschcodes verwendet, um Blöcke über Shards hinweg verfügbar zu machen, auch wenn es mehrere sind Shards verlieren ihre Daten vollständig. Leider erfordert ihr spezifischer Ansatz Alle Shards, um Blöcke von allen anderen Shards herunterzuladen, was unerschwinglich ist teuer. Die langfristige Verfügbarkeit ist kein so dringendes Problem: da kein Teilnehmer Es wird erwartet, dass das System in der Lage ist, alle Ketten in allen zu validieren
Shards, die Sicherheit des Shard-Protokolls muss so gestaltet sein So ist das System sicher, auch wenn einige alte Blöcke in einigen Shards beschädigt werden völlig nicht verfügbar.
Validitas Negara dan Ketersediaan Data
Ide inti dalam blockchains yang dipecah adalah sebagian besar peserta mengoperasikan atau menggunakan jaringan tidak dapat memvalidasi blok di semua pecahan. Dengan demikian, kapan pun setiap peserta perlu berinteraksi dengan pecahan tertentu yang biasanya tidak bisa mereka lakukan unduh dan validasi seluruh riwayat beling. Namun, aspek partisi sharding memunculkan potensi yang signifikan masalah: tanpa mengunduh dan memvalidasi seluruh riwayat tertentu shard peserta belum tentu bisa memastikan negara bagian mana 5Bagian ini, kecuali subbagian 2.5.3, sebelumnya diterbitkan di https://near.ai/ pecahan2. Jika Anda membacanya sebelumnya, lewati ke bagian berikutnya.
mereka berinteraksi adalah hasil dari beberapa rangkaian blok yang valid dan rangkaian tersebut blok memang merupakan rantai kanonik dalam beling. Sebuah masalah yang tidak terjadi ada di blockchain yang tidak di-sharding. Pertama-tama kami akan menyajikan solusi sederhana untuk masalah yang telah diusulkan ini oleh banyak protokol dan kemudian menganalisis bagaimana solusi ini dapat rusak dan apa upaya telah dilakukan untuk mengatasinya. 2.1 Rotasi validator Solusi naif terhadap validitas negara ditunjukkan pada gambar 5: katakanlah kita berasumsi yang dimiliki seluruh sistem berjumlah ribuan validator, di antaranya tidak lebih dari 20% bersifat berbahaya atau akan gagal (misalnya gagal online untuk menghasilkan blok). Lalu jika kita mengambil sampel 200 validators, probabilitasnya lebih dari 1 3 kegagalan untuk tujuan praktis dapat diasumsikan nol. Gambar 5: Pengambilan sampel validatordtk 1 3 adalah ambang batas yang penting. Ada sekumpulan protokol konsensus, yang disebut BFT protokol konsensus, yang menjamin bahwa selama kurang dari 1 3 dari peserta gagal, baik karena menabrak atau bertindak dengan cara yang melanggar protokol, konsensus akan tercapai. Dengan asumsi persentase validator yang jujur, jika ditetapkan saat ini validators dalam pecahan memberi kita beberapa blok, asumsi solusi naif bahwa blok tersebut valid dan dibangun berdasarkan apa yang diyakini oleh validator rantai kanonik untuk pecahan tersebut ketika mereka mulai memvalidasi. validators mempelajari rantai kanonik dari kumpulan validator sebelumnya, yang juga melakukan hal yang sama asumsi yang dibangun di atas blok yang merupakan kepala rantai kanonik sebelum itu. Dengan induksi seluruh rantai valid, dan karena tidak ada himpunan validators pada titik mana pun dihasilkan garpu, solusi naifnya juga pasti arusnya rantai adalah satu-satunya rantai di pecahan. Lihat gambar 6 untuk visualisasinya.
Gambar 6: blockchain dengan setiap blok diselesaikan melalui konsensus BFT Solusi sederhana ini tidak akan berhasil jika kita berasumsi bahwa validator bisa berhasil dirusak secara adaptif, yang bukan merupakan asumsi yang tidak masuk akal6. Secara adaptif merusak satu pecahan dalam sistem dengan 1000 pecahan jauh lebih murah daripada merusak seluruh sistem. Oleh karena itu, keamanan protokol menurun secara linear seiring dengan jumlah shard. Untuk memperoleh kepastian keabsahan sebuah blok, kita harus tahu bahwa pada titik mana pun dalam sejarah tidak ada pecahan dalam sistem yang memilikinya mayoritas validator berkolusi; dengan musuh adaptif, kita tidak lagi memilikinya kepastian seperti itu. Seperti yang telah kita bahas di bagian 1.5, berkolusi validator dapat dilakukan dua perilaku dasar berbahaya: membuat fork, dan menghasilkan blok yang tidak valid. Garpu berbahaya dapat diatasi dengan menghubungkan blok ke rantai Beacon yang umumnya dirancang untuk memiliki keamanan yang jauh lebih tinggi daripada rantai pecahan. Namun, menghasilkan blok yang tidak valid adalah hal yang jauh lebih buruk masalah yang menantang untuk diatasi. 2.2 Validitas Negara Perhatikan gambar 7 di mana Shard #1 rusak dan dihasilkan oleh aktor jahat blok B tidak valid. Misalkan di blok ini 1000 token dicetak tipis mengudara di akun Alice. Aktor jahat kemudian menghasilkan blok C yang valid (dalam a merasakan bahwa transaksi di C diterapkan dengan benar) di atas B, membingungkan blok B yang tidak valid, dan memulai transaksi lintas pecahan ke Shard #2 itu mentransfer 1000 token itu ke rekening Bob. Mulai saat ini yang tidak semestinya token yang dibuat berada di blockchain yang sepenuhnya valid di Shard #2. Beberapa pendekatan sederhana untuk mengatasi masalah ini adalah: 6Baca ini artikel untuk detail pada bagaimana adaptif korupsi bisa menjadi dibawa keluar: https://medium.com/nearprotocol/d859adb464c8. Untuk lebih detail pada adaptif korupsi, membaca https://github.com/ethereum/wiki/wiki/Sharding-FAQ# model-keamanan-apa-yang-kami-operasikan-dibawahnyaGambar 7: Transaksi lintas pecahan dari rantai yang memiliki blok tidak valid 1. Untuk validators Shard #2 untuk memvalidasi blok tempat transaksi dimulai. Ini tidak akan berfungsi bahkan pada contoh di atas, karena blok C tampaknya sepenuhnya valid. 2. Untuk validators di Shard #2 untuk memvalidasi sejumlah besar blok sebelum blok tempat transaksi dimulai. Tentu saja untuk sejumlah blok N yang divalidasi oleh pecahan penerima yang berbahaya validators dapat membuat N+1 blok valid di atas blok tidak valid tersebut diproduksi. Ide yang menjanjikan untuk mengatasi masalah ini adalah dengan menyusun pecahan menjadi sebuah grafik tidak berarah di mana setiap pecahan terhubung ke beberapa pecahan lainnya, dan hanya mengizinkan transaksi lintas pecahan antar pecahan yang bertetangga (misalnya begini caranya Pecahan Vlad Zamfir pada dasarnya berhasil7, dan gagasan serupa digunakan dalam gagasan Kadena Jaringan rantai [1]). Jika diperlukan transaksi lintas shard antar shard yang ada bukan tetangga, transaksi tersebut disalurkan melalui banyak pecahan. Dalam desain ini a validator di setiap shard diharapkan memvalidasi semua blok di shardnya serta semua blok di semua pecahan di sekitarnya. Perhatikan gambar di bawah ini dengan 10 pecahan, masing-masing memiliki empat pecahan tetangga, dan tidak ada dua pecahan yang membutuhkan lebih banyak dari dua lompatan untuk komunikasi lintas pecahan yang ditunjukkan pada gambar 8. Pecahan #2 tidak hanya memvalidasi blockchain miliknya sendiri, tetapi juga blockchain dari semua tetangga, termasuk Shard #1. Jadi jika ada aktor jahat di Shard #1 sedang mencoba membuat blok B yang tidak valid, lalu membangun blok C di atasnya dan memulai transaksi lintas pecahan, transaksi lintas pecahan tersebut tidak akan berjalan melalui sejak Shard #2 akan memvalidasi seluruh sejarah Shard #1 yang mana akan menyebabkannya mengidentifikasi blok B yang tidak valid. 7Baca lebih lanjut tentang desain di sini: https://medium.com/nearprotocol/37e538177ed9
Gambar 8: Transaksi lintas pecahan yang tidak valid dalam sistem seperti chainweb yang akan melakukannya terdeteksi Meskipun merusak satu pecahan bukan lagi serangan yang layak, namun merusak a beberapa pecahan masih menjadi masalah. Pada gambar 9 musuh merusak kedua Shard
1 dan Shard #2 berhasil mengeksekusi transaksi lintas shard ke Shard #3
dengan dana dari blok B yang tidak valid: Gambar 9: Transaksi lintas pecahan yang tidak valid dalam sistem seperti chainweb yang akan melakukannya tidak terdeteksi Shard #3 memvalidasi semua blok di Shard #2, tetapi tidak di Shard #1, dan tidak memiliki cara untuk mendeteksi blok berbahaya. Ada dua arah utama dalam menyelesaikan validitas negara dengan tepat: nelayan
dan bukti komputasi kriptografi. 2.3 Nelayan Ide di balik pendekatan pertama adalah sebagai berikut: setiap kali ada header blok dikomunikasikan antar rantai untuk tujuan apa pun (seperti tautan silang ke rantai suar, atau transaksi lintas pecahan), ada periode waktu selama itu yang mana validator yang jujur dapat memberikan bukti bahwa blok tersebut tidak valid. Di sana Ada berbagai konstruksi yang memungkinkan bukti yang sangat ringkas bahwa balok-balok tersebut memang ada tidak valid, sehingga overhead komunikasi untuk node penerima jauh lebih kecil daripada menerima blok penuh. Dengan pendekatan ini selama setidaknya ada satu validator yang jujur di dalamnya pecahan, sistem aman. Gambar 10: Nelayan Ini adalah pendekatan yang dominan (selain berpura-pura bahwa masalahnya tidak ada) di antara protokol-protokol yang diusulkan saat ini. Namun pendekatan ini memiliki dua hal kelemahan utama: 1. Periode tantangan harus cukup lama untuk validator yang jujur untuk mengenali suatu blok telah diproduksi, mengunduhnya, memverifikasinya sepenuhnya, dan mempersiapkannya tantangan jika blok tidak valid. Memperkenalkan periode seperti itu akan membantu secara signifikan memperlambat transaksi lintas pecahan. 2. Adanya protokol tantangan menciptakan vektor serangan baru ketika node jahat melakukan spam dengan tantangan yang tidak valid. Solusi yang jelas untuk masalah ini adalah membuat penantang menyetor sejumlah tokens itu dikembalikan jika tantangannya valid. Ini hanyalah solusi parsial mungkin masih bermanfaat bagi musuh untuk mengirim spam ke sistem (dan membakar deposito) dengan tantangan yang tidak valid, misalnya untuk mencegah validtantangan dari validator yang jujur dari yang dilalui. Serangan-serangan ini adalah disebut Serangan Berduka. Lihat bagian 3.7.2 untuk mengetahui cara menyiasati poin terakhir. 2.4 Argumen Pengetahuan Non-interaktif Ringkas Solusi kedua terhadap korupsi multiple-shard adalah dengan menggunakan semacam konstruksi kriptografi yang memungkinkan seseorang membuktikan bahwa perhitungan tertentu (seperti sebagai komputasi satu blok dari serangkaian transaksi) dilakukan dengan benar. Konstruksi seperti itu memang ada, mis. zk-SNARKs, zk-STARKs dan beberapa lainnya, dan beberapa saat ini secara aktif digunakan dalam protokol blockchain untuk pembayaran pribadi, terutama ZCash. Masalah utama dengan kaum primitif seperti itu adalah mereka terkenal lambat untuk dihitung. Misalnya. Protokol Coda, yang menggunakan zk-SNARKs khusus untuk membuktikan bahwa semua blok di blockchain valid, dikatakan dalam satu dari wawancara bahwa diperlukan waktu 30 detik per transaksi untuk membuat bukti (jumlah ini mungkin lebih kecil saat ini). Menariknya, sebuah pembuktian tidak perlu dihitung oleh pihak yang terpercaya buktinya tidak hanya membuktikan keabsahan penghitungan yang dibuatnya, tetapi juga membuktikannya keabsahan pembuktian itu sendiri. Dengan demikian, perhitungan pembuktian tersebut dapat dibagi di antara sekelompok peserta dengan redundansi yang jauh lebih sedikit dibandingkan yang seharusnya diperlukan untuk melakukan beberapa perhitungan yang tidak dapat dipercaya. Hal ini juga memungkinkan untuk peserta yang menghitung zk-SNARK untuk dijalankan pada perangkat keras khusus tanpa mengurangi desentralisasi sistem. Tantangan zk-SNARKs, selain kinerja, adalah: 1. Ketergantungan pada kriptografi primitif yang kurang diteliti dan kurang teruji waktu; 2. "Limbah beracun" - zk-SNARK bergantung pada pengaturan tepercaya di mana suatu grup orang melakukan beberapa perhitungan dan kemudian membuang perantara nilai perhitungan itu. Jika semua peserta dalam prosedur berkolusi dan mempertahankan nilai tengahnya, bukti palsu dapat dibuat; 3. Kompleksitas ekstra dimasukkan ke dalam desain sistem; 4. zk-SNARKs hanya berfungsi untuk sebagian dari kemungkinan komputasi, jadi sebuah protokol dengan bahasa smart contract lengkap Turing tidak akan dapat digunakan SNARK untuk membuktikan validitas rantai. 2.5 Ketersediaan Data Masalah kedua yang akan kami bahas adalah ketersediaan data. Umumnya node mengoperasikan blockchain tertentu dipisahkan menjadi dua kelompok: Node Penuh, mereka yang mengunduh setiap blok penuh dan memvalidasi setiap transaksi, dan Ringan Node, yang hanya mengunduh header blok, dan menggunakan bukti Merkle untuk bagian-bagiannya negara dan transaksi yang mereka minati, seperti yang ditunjukkan pada gambar 11.
Gambar 11: Pohon Merkle Sekarang jika mayoritas node penuh berkolusi, mereka dapat menghasilkan blok, valid atau tidak valid, dan kirimkan hash-nya ke node lampu, tetapi jangan pernah mengungkapkan konten lengkapnya dari blok tersebut. Ada berbagai cara yang dapat mereka manfaatkan. Misalnya, perhatikan gambar 12: Gambar 12: Masalah Ketersediaan Data Ada tiga blok: blok sebelumnya, A, diproduksi oleh validators yang jujur; arus, B, berkolusi validator; dan berikutnya, C, juga akan diproduksi dengan jujur validators (blockchain digambarkan di pojok kanan bawah). Anda adalah seorang pedagang. validators dari blok saat ini (B) menerima blok A dari validators sebelumnya, menghitung blok tempat Anda menerima uang,dan mengirimi Anda tajuk blok itu dengan bukti Merkle tentang negara bagiannya Anda memiliki uang (atau bukti Merkle dari transaksi sah yang mengirimkan uang tersebut kepada Anda). Yakin transaksi telah selesai, Anda menyediakan layanan tersebut. Namun, validators tidak pernah mendistribusikan seluruh konten blok B ke dalamnya siapa pun. Dengan demikian, validator yang jujur dari blok C tidak dapat mengambil blok tersebut, dan terpaksa menghentikan sistem atau membangun di atas A, sehingga membuat Anda kehilangan a pedagang uang. Saat kami menerapkan skenario yang sama pada sharding, definisi penuh dan light node umumnya berlaku per shard: validators di setiap unduhan shard memblokir di pecahan itu dan memvalidasi setiap transaksi di pecahan itu, tetapi lainnya node dalam sistem, termasuk node yang mengambil status rantai pecahan ke dalam rantai suar, hanya unduh headernya. Jadi validator yang ada di pecahan adalah node penuh secara efektif untuk pecahan itu, sementara peserta lain dalam sistem, termasuk rantai suar, beroperasi sebagai titik cahaya. Agar pendekatan nelayan yang kita bahas di atas berhasil, jujurlah validators harus dapat mengunduh blok yang terhubung silang ke rantai suar. Jika validators jahat menghubungkan header dari blok yang tidak valid (atau menggunakannya untuk memulai transaksi lintas pecahan), tetapi tidak pernah mendistribusikan blok, jujur validators tidak punya cara untuk membuat tantangan. Kami akan membahas tiga pendekatan untuk mengatasi masalah ini yang saling melengkapi satu sama lain. 2.5.1 Bukti Penitipan Masalah paling mendesak yang harus dipecahkan adalah apakah suatu blok tersedia satu kali itu diterbitkan. Salah satu ide yang diusulkan adalah untuk memiliki apa yang disebut Notaris yang melakukan rotasi antar pecahan lebih sering daripada validator yang tugasnya hanya mengunduh a memblokir dan membuktikan fakta bahwa mereka dapat mengunduhnya. Bisa jadi diputar lebih sering karena tidak perlu mengunduh seluruh negara bagian pecahan, tidak seperti validator yang tidak dapat sering diputar sejak saat itu harus mengunduh status pecahan setiap kali beling diputar, seperti yang ditunjukkan pada gambar 13. Masalah dengan pendekatan naif ini adalah tidak mungkin dibuktikan di kemudian hari apakah Notaris itu mampu atau tidak untuk mengunduh blok tersebut, jadi Notaris dapat memilih untuk selalu membuktikan bahwa mereka dapat mengunduh blok tersebut tanpa bahkan mencoba mengambilnya. Salah satu solusinya adalah Notaris yang menyediakan beberapa bukti atau mempertaruhkan sejumlah token untuk membuktikan bahwa blok tersebut benar diunduh. Salah satu solusi tersebut dibahas di sini: https://ethresear.ch/t/ Obligasi-penahanan-ramah-agregasi-1-bit/2236. 2.5.2 Kode Penghapusan Ketika node cahaya tertentu menerima hash dari sebuah blok, untuk meningkatkan node tersebut yakin bahwa blok tersebut tersedia, ia dapat mencoba mengunduh beberapa secara acak potongan blok. Ini bukan solusi yang lengkap, karena kecuali titik cahaya secara kolektif mengunduh seluruh blok yang dapat dipilih oleh produsen blok jahat
Gambar 13: Validator perlu mengunduh status sehingga tidak dapat dirotasi sering untuk menahan bagian blok yang tidak diunduh oleh node lampu mana pun, sehingga masih membuat blok tidak tersedia. Salah satu solusinya adalah dengan menggunakan konstruksi yang disebut Erasure Codes untuk mewujudkannya untuk memulihkan blok penuh meskipun hanya sebagian dari blok yang tersedia, seperti yang ditunjukkan pada gambar 14. Gambar 14: Merkle tree dibangun di atas data berkode penghapusan Baik Polkadot dan Ethereum Serenity memiliki desain seputar gagasan ini yang menyediakan cara bagi node cahaya untuk cukup yakin bahwa blok tersebut tersedia. Pendekatan Ethereum Serenity memiliki penjelasan rinci di [2].2.5.3 Pendekatan Polkadot terhadap ketersediaan data Di Polkadot, seperti pada sebagian besar solusi shard, setiap shard (disebut parachain) mengambil snapshot bloknya ke rantai suar (disebut rantai relai). Katakanlah ada 2f + 1 validators pada rantai relai. Produsen blok dari blok parachain, disebut collators, setelah blok parachain diproduksi, hitung versi blok yang diberi kode penghapusan yang terdiri dari 2f +1 bagian sedemikian rupa sehingga f bagian mana pun mencukupi untuk merekonstruksi blok tersebut. Mereka kemudian mendistribusikan satu bagian ke setiap validator di rantai relai. Rantai relai tertentu validator hanya akan masuk pada rantai relai blok jika mereka memiliki bagiannya untuk setiap blok parachain yang di-snapshot blok rantai relai tersebut. Jadi, jika blok rantai relai memiliki tanda tangan dari 2f + 1 validators, dan selama tidak lebih dari f yang melanggar protokol, masing-masing blok parachain dapat direkonstruksi dengan mengambil bagian dari validators yang mengikuti protokol. Lihat gambar 15. Gambar 15: ketersediaan data Polkadot 2.5.4 Ketersediaan data jangka panjang Perhatikan bahwa semua pendekatan yang dibahas di atas hanya membuktikan fakta bahwa sebuah blok telah diterbitkan sama sekali, dan tersedia sekarang. Blok nantinya bisa menjadi tidak tersedia karena berbagai alasan: node mati, node sengaja menghapus riwayat data, dan lain-lain. Whitepaper yang layak disebutkan untuk mengatasi masalah ini adalah Polyshard [3], yang menggunakan kode penghapusan untuk membuat blok tersedia di seluruh pecahan meskipun beberapa pecahan benar-benar kehilangan datanya. Sayangnya pendekatan khusus mereka memerlukan hal ini semua pecahan untuk mengunduh blok dari semua pecahan lainnya, yang merupakan penghalang mahal. Ketersediaan jangka panjang bukanlah suatu masalah yang mendesak: karena tidak ada peserta dalam sistem diharapkan mampu memvalidasi semua rantai di semua
pecahan, keamanan protokol shard perlu dirancang sedemikian rupa cara agar sistem tetap aman meskipun beberapa blok lama di beberapa pecahan menjadi sama sekali tidak tersedia.
Nightshade
3.1 Von Splitterketten bis hin zu Splitterbrocken Das Sharding-Modell mit Shard-Ketten und einer Beacon-Kette ist jedoch sehr leistungsfähig hat gewisse Komplexitäten. Insbesondere muss die Fork-Choice-Regel ausgeführt werden in jeder Kette separat, die Fork-Choice-Regel in den Shard-Ketten und das Beacon Die Kette muss unterschiedlich aufgebaut und separat getestet werden. In Nightshade modellieren wir das System als ein einzelnes blockchain, in dem jedes Der Block enthält logisch alle Transaktionen für alle Shards und ändert die Gesamtzustand aller Scherben. Physisch lädt jedoch kein Teilnehmer das herunter Vollständiger Zustand oder vollständiger logischer Block. Stattdessen nur jeder Teilnehmer des Netzwerks behält den Zustand bei, der den Shards entspricht, für die sie Transaktionen validieren, und die Liste aller Transaktionen im Block wird in physische Transaktionen aufgeteilt Chunks, ein Chunk pro Shard. Unter idealen Bedingungen enthält jeder Block genau einen Chunk pro Shard Block, der in etwa dem Modell mit Shard-Ketten entspricht, in dem die Shard-Ketten produzieren Blöcke mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Beacon-Kette. Allerdings Aufgrund von Netzwerkverzögerungen könnten einige Chunks fehlen, also in der Praxis jeder Block enthält entweder einen oder keinen Chunk pro Shard. Einzelheiten dazu finden Sie in Abschnitt 3.3 Blöcke entstehen. Abbildung 16: Ein Modell mit Splitterketten auf der linken Seite und mit einer Kette auf der linken Seite Auf der rechten Seite sind die Blöcke in Stücke aufgeteilt
3.2 Konsens Die beiden vorherrschenden Konsensansätze in den blockchains sind heute die längste (oder schwerste) Kette, in der die Kette die meiste Arbeit oder den größten Anteil hat Es gilt als kanonisch, um es zu erstellen, und BFT, in dem für jeden Block einige Satz von validators erreichen einen BFT Konsens. In den kürzlich vorgeschlagenen Protokollen ist letzterer ein dominanterer Ansatz. da es sofortige Endgültigkeit bietet, während in der längsten Kette mehr Blöcke benötigt werden auf dem Block aufgebaut werden, um die Endgültigkeit zu gewährleisten. Oftmals für eine sinnvolle Sicherheit: Die Zeit, die benötigt wird, um eine ausreichende Anzahl von Blöcken zu erstellen, nimmt auf Reihenfolge der Stunden. Die Verwendung des BFT-Konsenses für jeden Block hat auch Nachteile, wie zum Beispiel: 1. BFT Konsens erfordert einen erheblichen Kommunikationsaufwand. Während Die jüngsten Fortschritte ermöglichen es, den Konsens in linearer Zeit in Zahlen zu erreichen der Teilnehmer (siehe z. B. [4]), ist der Overhead pro Block immer noch spürbar; 2. Es ist nicht möglich, dass alle Netzwerkteilnehmer am BFT teilnehmen. Konsens pro Block, daher erreicht normalerweise nur eine zufällig ausgewählte Teilmenge der Teilnehmer den Konsens. Eine zufällig ausgewählte Menge kann im Prinzip sein: adaptiv korrumpiert, und theoretisch kann eine Abzweigung erstellt werden. Das System Beides muss modelliert werden, um für ein solches Ereignis bereit zu sein, und somit still haben neben dem BFT-Konsens eine Fork-Choice-Regel oder sind so konzipiert, dass sie geschlossen werden in einem solchen Fall niedergeschlagen. Es ist erwähnenswert, dass einige Designs, wie z Algorand [5], reduzieren die Wahrscheinlichkeit einer adaptiven Korruption erheblich. 3. Am wichtigsten ist, dass das System blockiert, wenn 1 3 oder mehr aller Teilnehmer sind offline. Daher kann jeder vorübergehende Netzwerkfehler oder eine Netzwerkaufteilung das System vollständig zum Stillstand bringen. Im Idealfall muss das System weiterhin in der Lage sein funktionieren, solange mindestens die Hälfte der Teilnehmer online ist (am schwersten). Kettenbasierte Protokolle funktionieren auch dann weiter, wenn weniger als die Hälfte der Teilnehmer online ist, aber die Zweckmäßigkeit dieser Eigenschaft ist umstrittener innerhalb der Gemeinschaft). Ein Hybridmodell, bei dem der verwendete Konsens am stärksten ist Kette, aber einige Blöcke werden regelmäßig mit einem BFT Finalitäts-Gadget finalisiert, um die Vorteile beider Modelle beizubehalten. Solche BFT Endgültigkeits-Gadgets sind Casper FFG [6] verwendet in Ethereum 2.0 8, Casper CBC (siehe https://vitalik. ca/general/2018/12/05/cbc_casper.html) und GRANDPA (siehe https:// medium.com/polkadot-network/d08a24a021b5) verwendet in Polkadot. Nightshade verwendet den stärksten Kettenkonsens. Insbesondere wenn ein Block Der Produzent erzeugt einen Block (siehe Abschnitt 3.3), von dem er Signaturen sammeln kann andere Blockproduzenten und validators, die den vorherigen Block bestätigen. Siehe Abschnitt 3.8 für Einzelheiten, wie eine so große Anzahl von Signaturen aggregiert wird. Das Gewicht 8Sehen Sie sich auch die Whiteboard-Sitzung mit Justin Drake an, um einen detaillierten Überblick über Casper zu erhalten FFG und wie es in den GHOST-Konsens über die schwerste Kette integriert ist, finden Sie hier: https://www. youtube.com/watch?v=S262StTwkmoeines Blocks ist dann der kumulative Einsatz aller Unterzeichner, deren Unterschriften vorhanden sind im Block enthalten. Das Gewicht einer Kette ist die Summe der Blockgewichte. Zusätzlich zum schwersten Kettenkonsens verwenden wir ein Finalitäts-Gadget, das verwendet die Bescheinigungen zur Fertigstellung der Blöcke. Um die Komplexität des Systems zu reduzieren, Wir verwenden ein Finalitäts-Gadget, das die Fork-Choice-Regel in keiner Weise beeinflusst. und führt stattdessen nur zusätzliche Slashing-Bedingungen ein, so dass einmal ein Block vorhanden ist Durch das Finalitäts-Gadget finalisiert, ist eine Abzweigung unmöglich, es sei denn, es handelt sich um einen sehr großen Prozentsatz des Gesamteinsatzes wird gekürzt. Casper CBC ist so ein Endgültigkeits-Gadget, und wir derzeit Modell mit Blick auf Casper CBC. Wir arbeiten auch an einem separaten BFT-Protokoll namens TxFlow. Zur Zeit von Beim Schreiben dieses Dokuments ist unklar, ob TxFlow anstelle von Casper verwendet wird CBC. Wir stellen jedoch fest, dass die Wahl des Endgültigkeits-Gadgets weitgehend orthogonal zum Rest des Designs ist. 3.3 Blockproduktion In Nightshade gibt es zwei Rollen: Blockproduzenten und validators. Auf jeden Fall Punkt enthält das System w Blockproduzenten, w = 100 in unseren Modellen und wv validators, in unserem Modell v = 100, wv = 10.000. Das System ist Proof-of-Stake, Dies bedeutet, dass sowohl Blockproduzenten als auch validators über eine gewisse Anzahl interner verfügen Währung (bezeichnet als „tokens“) für einen Zeitraum gesperrt, der weit über den hinausgeht Zeit, die sie mit der Erfüllung ihrer Aufgaben zum Aufbau und zur Validierung der Kette verbringen. Wie bei allen Proof-of-Stake-Systemen sind nicht alle W-Blockproduzenten und nicht Alle wv validators sind unterschiedliche Entitäten, da dies nicht erzwungen werden kann. Jeder der w-Blockproduzenten und die wv validators haben jedoch eine separate Pfahl. Das System enthält n Shards, in unserem Modell ist n = 1000. Wie erwähnt in Abschnitt 3.1: In Nightshade gibt es keine Shard-Ketten, stattdessen erstellen alle Blockproduzenten und validators ein einziges blockchain, das wir als das bezeichnen Hauptkette. Der Zustand der Hauptkette ist in n Shards und jeden Block aufgeteilt Produzent und validator haben zu jedem Zeitpunkt nur eine Teilmenge von lokal heruntergeladen der Zustand, der einer Teilmenge der Shards entspricht, und nur verarbeiten und Validierung von Transaktionen, die diese Teile des Staates betreffen. Um ein Blockproduzent zu werden, sperrt ein Teilnehmer des Netzwerks einige große Blöcke Betrag von tokens (ein Einsatz). Die Wartung des Netzwerks erfolgt in Epochen, wobei eine Epoche ein Zeitraum in der Größenordnung von Tagen ist. Die Teilnehmer mit den w größten Einsätzen zu Beginn einer bestimmten Epoche sind der Block Produzenten für diese Epoche. Jedem Blockproduzenten sind SW-Shards zugewiesen (z. B sw = 40, was sww/n = 4 Blockproduzenten pro Shard ergeben würde. Der Block Der Produzent lädt den Status des Shards herunter, dem er vor der Epoche zugewiesen ist beginnt und sammelt im Laufe der Epoche Transaktionen, die sich auf diesen Shard auswirken. und wendet sie auf den Staat an. Für jeden Block b in der Hauptkette und für jeden Shard s gibt es einen davon s Blockproduzenten zugewiesen, die für die Produktion des Teils von b verantwortlich sind zur Scherbe. Der Teil von b, der sich auf Shard s bezieht, wird als Chunk bezeichnet und enthält die Liste der Transaktionen für den Shard, die in b aufgenommen werden sollen, sowie das MerkleWurzel des resultierenden Zustands. b wird letztendlich nur einen sehr kleinen Header von enthalten der Chunk, nämlich die Merkle-Wurzel aller angewendeten Transaktionen (siehe Abschnitt 3.7.1 für genaue Details) und die Merkle-Wurzel des Endzustands. Im weiteren Verlauf des Dokuments beziehen wir uns häufig auf den Blockproduzenten Das ist dafür verantwortlich, zu einem bestimmten Zeitpunkt einen Chunk für einen bestimmten Shard zu produzieren als Chunk-Produzent. Der Chunk-Produzent ist immer einer der Blockproduzenten. Die Blockproduzenten und die Chunk-Produzenten rotieren jeden Block entsprechend nach einem festen Zeitplan. Die Blockproduzenten haben einen Auftrag und produzieren wiederholt Blöcke in dieser Reihenfolge. Z.B. wenn es 100 Blockproduzenten gibt, der erste Block Der Hersteller ist für die Produktion der Blöcke 1, 101, 201 usw. verantwortlich, der zweite verantwortlich für die Produktion von 2, 102, 202 usw.). Da die Chunk-Produktion im Gegensatz zur Blockproduktion eine Wartung erfordert den Status, und für jeden Shard behalten nur sww/n-Blockproduzenten den Status bei Pro Shard rotieren dementsprechend nur die SWW/N-Blockproduzenten, um sie zu erstellen Brocken. Z.B. mit den oben genannten Konstanten mit vier zugewiesenen Blockproduzenten Jeder Shard und jeder Blockproduzent erstellt alle vier Blöcke einmal Chunks. 3.4 Sicherstellung der Datenverfügbarkeit Um die Datenverfügbarkeit sicherzustellen, verwenden wir einen ähnlichen Ansatz wie Polkadot beschrieben in Abschnitt 2.5.3. Sobald ein Blockproduzent einen Block produziert, erstellt er ihn eine löschcodierte Version davon mit einem optimalen (w, ⌊w/6 + 1⌋) Blockcode des Brocken. Anschließend senden sie einen Teil des löschcodierten Blocks (wir nennen solche Teile). Chunk-Teile oder nur Teile) an jeden Blockproduzenten. Wir berechnen einen Merkle-Baum, der alle Teile wie die Blätter und die enthält Der Header jedes Blocks enthält die Merkle-Wurzel dieses Baums. Die Teile werden über Onepart-Nachrichten an die validators gesendet. Jede solche Nachricht enthält den Chunk-Header, die Ordnungszahl des Teils und den Teilinhalt. Die Die Nachricht enthält auch die Signatur des Blockproduzenten, der sie erstellt hat Chunk und den Merkle-Pfad, um zu beweisen, dass der Teil dem Header entspricht und wird vom richtigen Blockproduzenten produziert. Sobald ein Blockproduzent einen Hauptkettenblock erhält, prüft er zunächst, ob dies der Fall ist Für jeden im Block enthaltenen Block gibt es einteilige Nachrichten. Wenn nicht, die Sperre wird erst verarbeitet, wenn die fehlenden Onepart-Nachrichten abgerufen wurden. Sobald alle einteiligen Nachrichten empfangen wurden, ruft der Blockproduzent die ab Die restlichen Teile werden von den Peers abgezogen und die Chunks rekonstruiert, die sie enthalten der Staat. Der Blockproduzent verarbeitet keinen Hauptkettenblock, wenn es sich um mindestens einen handelt Wenn ein im Block enthaltener Chunk nicht über die entsprechende Onepart-Nachricht verfügt, oder wenn für mindestens einen Shard, für den sie den Status aufrechterhalten, dies nicht der Fall ist den gesamten Block rekonstruieren. Damit ein bestimmter Block verfügbar ist, reicht es aus, dass ⌊w/6⌋+1 des Blocks Produzenten haben ihre Teile und bedienen sie. Also solange die Zahl der böswillige Akteure überschreiten nicht ⌊w/3⌋keine Kette, die mehr als einen halben Block hat Hersteller, die es bauen, können nicht verfügbare Teile haben.Abbildung 17: Jeder Block enthält einen oder keinen Chunk pro Shard und jeden Chunk ist löschcodiert. Jeder Teil des löschcodierten Blocks wird an eine bestimmte Adresse gesendet Blockproduzent über eine spezielle Onepart-Nachricht 3.4.1 Umgang mit faulen Blockproduzenten Wenn ein Blockproduzent einen Block hat, für den eine Onepart-Nachricht fehlt, wird er Vielleicht entscheiden Sie sich trotzdem dafür, ihn zu signieren, denn wenn der Block am Ende in der Kette landet, ist er es maximiert die Belohnung für den Blockproduzenten. Für den Block besteht kein Risiko Der Blockproduzent war nicht der einzige Blockproduzent, da es später unmöglich ist, zu beweisen, dass der Blockproduzent ihn nicht hatte die einteilige Nachricht. Um dies zu beheben, machen wir jeden Chunk zum Produzenten, wenn wir den Chunk erstellen Wählen Sie eine Farbe (Rot oder Blau) für jeden Teil des zukünftigen codierten Blocks und speichern Sie ihn die Bitmaske der zugewiesenen Farbe im Block, bevor er codiert wird. Jeweils ein Teil Die Nachricht enthält dann die dem Teil zugewiesene Farbe, und die Farbe wird verwendet, wenn Berechnen der Merkle-Wurzel der codierten Teile. Wenn der Chunk-Produzent abweicht Aus dem Protokoll lässt sich dies leicht beweisen, da dies bei der Merkle-Wurzel nicht der Fall ist entsprechen einteiligen Nachrichten oder den Farben in den einteiligen Nachrichten die der Merkle-Wurzel entsprechen, stimmt nicht mit der Maske im Block überein. Wenn ein Blockproduzent einen Block anmeldet, fügt er eine Bitmaske aller Blöcke hinzu rote Teile erhielten sie für die im Block enthaltenen Chunks. Veröffentlichung einer Eine falsche Bitmaske ist ein streichbares Verhalten. Wenn ein Blockproduzent keine erhalten hat Bei einer einzelnen Nachricht haben sie keine Möglichkeit, die Farbe der Nachricht zu kennen, und Daher besteht eine Wahrscheinlichkeit von 50 %, dass sie gekürzt werden, wenn sie versuchen, das Dokument blind zu unterschreiben blockieren. 3.5 Antrag auf Staatsübergang Die Chunk-Produzenten wählen lediglich aus, welche Transaktionen in den Chunk aufgenommen werden sollen Wenden Sie den Zustandsübergang nicht an, wenn sie einen Block erzeugen. Dementsprechend
Der Chunk-Header enthält die Merkle-Wurzel des merkelisierten Zustands wie zuvor Die Transaktionen im Block werden angewendet. Die Transaktionen werden nur angewendet, wenn ein vollständiger Block den Block enthält verarbeitet wird. Ein Teilnehmer bearbeitet einen Block nur, wenn 1. Der vorherige Block wurde empfangen und verarbeitet; 2. Für jeden Block behält der Teilnehmer nicht den Status bei, den er hat habe die einteilige Nachricht gesehen; 3. Für jeden Block behält der Teilnehmer den Status bei, den er hat volles Stück. Sobald der Block verarbeitet wird, für jeden Shard, für den der Teilnehmer zuständig ist behält den Zustand bei, wendet die Transaktionen an und berechnet den neuen Zustand ab dem Zeitpunkt, an dem die Transaktionen angewendet wurden, und sind danach zur Produktion bereit die Chunks für den nächsten Block, wenn sie einem Shard zugewiesen sind, da sie dies getan haben die Merkle-Wurzel des neuen merkelisierten Staates. 3.6 Shardübergreifende Transaktionen und Belege Wenn eine Transaktion mehr als einen Shard betreffen muss, muss sie nacheinander erfolgen wird in jedem Shard separat ausgeführt. Die vollständige Transaktion wird an den ersten Shard gesendet betroffen, und sobald die Transaktion im Chunk für diesen Shard enthalten ist, und Wird angewendet, nachdem der Block in einen Block eingefügt wurde, wird eine sogenannte Quittung generiert Transaktion, die an den nächsten Shard weitergeleitet wird, in dem die Transaktion ausgeführt werden muss ausgeführt werden. Wenn weitere Schritte erforderlich sind, erfolgt die Ausführung der Empfangstransaktion generiert eine neue Belegtransaktion und so weiter. 3.6.1 Lebensdauer der Quittungstransaktion Es ist wünschenswert, dass die Empfangstransaktion in dem Block angewendet wird, der unmittelbar auf den Block folgt, in dem sie generiert wurde. Die Quittungstransaktion ist nur generiert, nachdem der vorherige Block empfangen und von Blockproduzenten angewendet wurde die den ursprünglichen Shard verwalten und zum Zeitpunkt des bekannt sein müssen Der Block für den nächsten Block wird von den Blockproduzenten des Ziels erstellt Scherbe. Daher muss der Empfang vom Quell-Shard an den übermittelt werden Ziel-Shard in dem kurzen Zeitrahmen zwischen diesen beiden Ereignissen. Sei A der zuletzt produzierte Block, der eine Transaktion t enthält, die eine Quittung r generiert. Sei B der nächste produzierte Block (d. h. ein Block, der A als hat). sein vorheriger Block), den wir r enthalten wollen. Lass es in der Scherbe a und r sein in der Scherbe b. Die Lebensdauer des Belegs, ebenfalls in Abbildung 18 dargestellt, ist wie folgt: Erstellen und Aufbewahren der Belege. Der Chunk-Produzenten-CPA für Shard a empfängt den Block A, wendet die Transaktion t an und generiert die Quittung r. cpa Anschließend speichert es alle derart erstellten Belege in seinem indizierten internen persistenten Speicher nach der Quell-Shard-ID.Verteilen der Quittungen. Sobald CPA bereit ist, den Chunk zu produzieren Wenn Sie Shard a für Block B verwenden, rufen sie alle Belege ab, die durch die Anwendung der Transaktionen von Block A für Shard a generiert wurden, und fügen sie in den Block für Shrad ein a in Block B. Sobald ein solcher Block generiert ist, erzeugt cpa seinen Löschcode Version und alle zugehörigen Onepart-Nachrichten. cpa weiß, welche Blockproduzenten den vollständigen Status für welche Shards beibehalten. Für einen bestimmten Blockproduzenten bp cpa umfasst die Einnahmen, die aus der Anwendung von Transaktionen in Block A resultierten für Shard a, der einen der Shards hat, die bp als Ziel interessieren in der einteiligen Nachricht, als sie den Block für Shard a in Block B verteilten (siehe Abbildung 17, die die in der Onepart-Nachricht enthaltenen Quittungen zeigt). Erhalt der Quittungen. Denken Sie daran, dass die Teilnehmer (sowohl Blockproduzenten als auch validators) Blöcke erst verarbeiten, wenn sie einteilige Nachrichten haben für jeden im Block enthaltenen Block. Wenn also ein bestimmter Teilnehmer den Block B anwendet, verfügt er über alle entsprechenden Onepart-Nachrichten Chunks in B, und somit verfügen sie über alle eingehenden Belege, die die Shards enthalten Der Teilnehmer behält den Status als Ziel bei. Bei der Anwendung der Beim Zustandsübergang für einen bestimmten Shard wendet der Teilnehmer beide Quittungen an dass sie für den Shard in den Onepart-Nachrichten sowie allen gesammelt haben die im Chunk selbst enthaltenen Transaktionen. Abbildung 18: Die Lebensdauer einer Empfangstransaktion 3.6.2 Umgang mit zu vielen Belegen Es ist möglich, dass die Anzahl der Belege, die auf einen bestimmten Shard in einem abzielen Ein bestimmter Block ist zu groß, um verarbeitet zu werden. Betrachten Sie zum Beispiel Abbildung 19, in wobei jede Transaktion in jedem Shard eine Quittung generiert, die auf Shard 1 abzielt. Bis zum nächsten Block beträgt die Anzahl der Belege, die Shard 1 verarbeiten muss vergleichbar mit der Last, die alle Scherben zusammen während der Handhabung verarbeitet haben den vorherigen Block.
Abbildung 19: Wenn alle Belege auf denselben Shard abzielen, ist dies möglicherweise nicht der Fall die Fähigkeit, sie zu verarbeiten Um dieses Problem anzugehen, verwenden wir eine Technik, die der in QuarkChain 9 verwendeten ähnelt. Konkret gilt für jeden Shard der letzte Block B und der letzte Shard darin Es wird der Block erfasst, aus dem die Belege übernommen wurden. Wenn der neue Shard ist erstellt, die Quittung wird in der Reihenfolge zuerst aus den verbleibenden Shards in B angewendet, und dann in Blöcken, die auf B folgen, bis der neue Block voll ist. Unter normal Bei ausgeglichener Belastung kommt es in der Regel zu allen Einnahmen angewendet wird (und somit wird der letzte Shard des letzten Blocks aufgezeichnet jedes Stück), aber zu Zeiten, in denen die Last nicht ausgeglichen ist, und ein bestimmtes Da Shard überproportional viele Belege erhält, ist dies mit dieser Technik möglich unter Einhaltung der Beschränkungen für die Anzahl der enthaltenen Transaktionen verarbeitet werden. Beachten Sie, dass die Verzögerung abnimmt, wenn eine solche unausgeglichene Belastung über einen längeren Zeitraum anhält Die Belegerstellung bis zur Anwendung kann unbegrenzt weiter wachsen. Eins Eine Möglichkeit, das Problem zu lösen, besteht darin, jede Transaktion zu verwerfen, die eine Quittung für a erstellt Shard, dessen Verarbeitungsverzögerung eine bestimmte Konstante überschreitet (z. B. eine Epoche). Betrachten Sie Abbildung 20. Durch Block B kann der Shard 4 nicht alle Belege verarbeiten. es verarbeitet also nur Quittungsursprünge von bis zu Shard 3 in Block A und zeichnet es auf. In Block C sind die Belege bis Shard 5 in Block B enthalten, und Dann holt der Shard bei Block D auf und verarbeitet alle verbleibenden Belege Block B und alle Belege aus Block C. 3.7 Chunks-Validierung Ein für einen bestimmten Shard erstellter Chunk (oder ein für eine bestimmte Shard-Kette im Modell mit Shard-Ketten erstellter Shard-Block) kann nur von validiert werden 9Sehen Sie sich hier die Whiteboard-Folge mit QuarkChain an: https://www.youtube.com/watch? v=opEtG6NM4x4, in dem unter anderem der Ansatz für Cross-Shard-Transaktionen diskutiert wird DingeAbbildung 20: Verzögerte Belegverarbeitung Teilnehmer, die den Staat aufrechterhalten. Sie können Blockproduzenten sein, validators, oder nur externe Zeugen, die den Status heruntergeladen und den Shard darin validiert haben in dem sie Vermögenswerte speichern. In diesem Dokument gehen wir davon aus, dass die Mehrheit der Teilnehmer nicht speichern kann der Staat für einen großen Teil der Scherben. Es ist jedoch erwähnenswert, dass es Shard-blockchains gibt, die unter der Annahme entworfen wurden, dass Die meisten Teilnehmer verfügen über die Kapazität, den Zustand zu speichern und die meisten davon zu validieren die Shards, wie zum Beispiel QuarkChain. Da nur ein Bruchteil der Teilnehmer den Status hat, den Shard zu validieren Chunks ist es möglich, adaptiv nur die Teilnehmer zu korrumpieren, die das haben Zustand ändern und einen ungültigen Zustandsübergang anwenden. Es wurden mehrere Sharding-Designs vorgeschlagen, die alle paar validators abtasten Tage und innerhalb eines Tages jeder Block in der Shard-Kette, der mehr als 2/3 hat der diesem Shard zugewiesenen Signaturen der validators werden sofort berücksichtigt endgültig. Mit einem solchen Ansatz muss ein adaptiver Gegner nur 2n/3+1 korrumpieren der validators in einer Shard-Kette, um einen ungültigen Zustandsübergang anzuwenden, der, Auch wenn es wahrscheinlich schwer zu bewerkstelligen ist, ist das Sicherheitsniveau für die Öffentlichkeit nicht ausreichend blockchain. Wie in Abschnitt 2.3 besprochen, besteht der übliche Ansatz darin, nach der Erstellung eines Blocks für jeden Teilnehmer, der über den Status (ob) verfügt, ein bestimmtes Zeitfenster einzuräumen es ist ein Blockproduzent, ein validator oder ein externer Beobachter), um seine Gültigkeit in Frage zu stellen. Solche Teilnehmer werden Fischer genannt. Damit ein Fischer es kann Um einen ungültigen Block anzufechten, muss sichergestellt werden, dass ein solcher Block verfügbar ist sie. Die Datenverfügbarkeit in Nightshade wird in Abschnitt 3.4 erläutert. Sobald in Nightshade ein Block erstellt wurde, wurden die Chunks nicht validiert irgendjemand außer dem eigentlichen Chunk-Produzenten. Insbesondere der Blockproduzent schlug vor, dass der Block natürlich nicht den Status für die meisten Shards hatte, undkonnte die Chunks nicht validieren. Wenn der nächste Block produziert wird, enthält er Attestierungen (siehe Abschnitt 3.2) mehrerer Blockproduzenten und validators, aber da die Mehrheit der Blockproduzenten und validators den Status nicht aufrechterhalten Auch bei den meisten Shards sammelt ein Block mit nur einem ungültigen Chunk deutlich mehr als die Hälfte der Attestierungen und bleibt weiterhin am schwersten Kette. Um dieses Problem zu beheben, gestatten wir jedem Teilnehmer, den Status von beizubehalten Ein Shard, um in der Kette eine Herausforderung für jeden darin erzeugten ungültigen Chunk einzureichen Scherbe. 3.7.1 Staatliche Gültigkeitsherausforderung Sobald ein Teilnehmer feststellt, dass ein bestimmter Block ungültig ist, muss er einen Beweis dafür erbringen, dass der Block ungültig ist. Da die Mehrheit der Netzwerkteilnehmer den Zustand für den Shard, in dem sich der ungültige Chunk befindet, nicht aufrechterhalten Wenn der Beweis erstellt wird, muss er über ausreichende Informationen verfügen, um den Block zu bestätigen ungültig, ohne den Staat zu haben. Wir legen einen Grenzwert Ls für die Statusmenge (in Bytes) fest, die eine einzelne Transaktion umfasst kann kumulativ lesen oder schreiben. Jede Transaktion, die mehr als Ls berührt Zustand gilt als ungültig. Erinnern Sie sich aus Abschnitt 3.5 daran, dass der Chunk In einem bestimmten Block enthält B nur die anzuwendenden Transaktionen, jedoch nicht die neue Staatswurzel. Der im Block in Block B enthaltene Statusstamm ist der Status root, bevor Sie solche Transaktionen anwenden, aber nachdem Sie die Transaktionen angewendet haben der letzte Block im selben Shard vor dem Block B. Ein böswilliger Akteur Der Wunsch, einen ungültigen Zustandsübergang anzuwenden, würde einen falschen Zustandsstamm beinhalten in Block B entspricht das nicht der Zustandswurzel, die sich aus der Anwendung ergibt die Transaktionen im vorherigen Block. Wir erweitern die Informationen, die ein Chunk-Produzent in den Chunk einfügt. Anstatt nur den Status einzubeziehen, nachdem alle Transaktionen angewendet wurden, wird dieser stattdessen angezeigt Enthält eine Statuswurzel, nachdem jeder zusammenhängende Satz von Transaktionen angewendet wurde Lesen und schreiben Sie gemeinsam Ls Zustandsbytes. Mit diesen Informationen für die Fischer stellt eine Herausforderung dar, dass ein Zustandsübergang falsch angewendet wird reicht aus, um den ersten solchen ungültigen Zustandsstamm zu finden, und umfasst nur Ls Bytes davon Staaten, die von den Transaktionen zwischen dem letzten Stammstaat (der war) betroffen sind gültig) und die aktuelle Statuswurzel mit den Merkle-Beweisen. Dann jeder Teilnehmer kann die Transaktionen im Segment validieren und bestätigen, dass der Block vorhanden ist ungültig. Das Gleiche gilt, wenn der Blockproduzent versucht hat, lesende Transaktionen einzuschließen und mehr als Ls Statusbytes schreiben, für die Herausforderung reicht es aus, sie einzuschließen Die ersten Ls-Bytes berührt es mit den Merkle-Beweisen, was ausreichen wird Wenden Sie die Transaktionen an und bestätigen Sie, dass es einen Moment gibt, in dem ein Versuch dazu erfolgt Das Lesen oder Schreiben von Inhalten über Ls Bytes hinaus erfolgt.
3.7.2 Fischer und schnelle Cross-Shard-Transaktionen Wie in Abschnitt 2.3 besprochen, nehmen wir einmal an, dass die Shard-Chunks (oder Shard Blöcke im Modell mit Shard-Ketten) können ungültig sein und eine Herausforderung darstellen Dies wirkt sich negativ auf die Endgültigkeit und damit auf die Shard-übergreifende Kommunikation aus. In Insbesondere kann der Ziel-Shard einer Cross-Shard-Transaktion nicht sicher sein Der ursprüngliche Shard-Block oder -Block ist endgültig, bis der Herausforderungszeitraum abgelaufen ist (siehe Abbildung 21). Abbildung 21: Warten Sie den Herausforderungszeitraum ab, bevor Sie eine Quittung beantragen Die Art und Weise, es so anzugehen, dass die Cross-Shard-Transaktionen möglich sind Instantenious bedeutet, dass der Ziel-Shard nicht auf den Herausforderungszeitraum warten muss Nachdem die Quell-Shard-Transaktion veröffentlicht wurde, wenden Sie die Empfangstransaktion an sofort ausführen, aber dann den Ziel-Shard zusammen mit der Quelle zurücksetzen Shard, wenn sich später herausstellt, dass der ursprüngliche Chunk oder Block ungültig ist (siehe Abbildung). 22). Dies gilt ganz natürlich für das Nightshade-Design, in dem die Scherbe enthalten ist Ketten sind nicht unabhängig, stattdessen werden alle Shard-Blöcke veröffentlicht zusammen im selben Hauptkettenblock. Wenn sich herausstellt, dass ein Block ungültig ist, wird der Der gesamte Block mit diesem Block wird als ungültig betrachtet, ebenso alle darauf aufbauenden Blöcke oben drauf. Siehe Abbildung 23. Beide oben genannten Ansätze bieten Atomizität unter der Annahme, dass die Herausforderung besteht Der Zeitraum ist ausreichend lang. Wir verwenden den letzteren Ansatz, da die Bereitstellung schneller Cross-Shard-Transaktionen unter normalen Umständen die Unannehmlichkeiten überwiegt Der Ziel-Shard wird aufgrund eines ungültigen Zustandsübergangs in einem von ihnen zurückgesetzt die Quellsplitter, was ein äußerst seltenes Ereignis ist. 3.7.3 validators werden ausgeblendet Das Vorhandensein der Herausforderungen verringert bereits die Wahrscheinlichkeit erheblich Adaptive Korruption, da ein Block mit einem ungültigen Zustandsübergangsposten abgeschlossen werden mussAbbildung 22: Belege sofort anwenden und das Ziel zurücksetzen Kette, wenn die Quellkette einen ungültigen Block hatte Abbildung 23: Fischer-Herausforderung in Nightshade Der Herausforderungszeitraum, den der adaptive Gegner benötigt, um alle Teilnehmer zu korrumpieren die den Zustand des Shards beibehalten, einschließlich aller validators. Die Wahrscheinlichkeit eines solchen Ereignisses abzuschätzen ist äußerst komplex, da nein sharded blockchain ist schon so lange aktiv, dass ein solcher Angriff versucht werden kann. Wir argumentieren, dass die Wahrscheinlichkeit zwar äußerst gering, aber immer noch ausreichend ist groß für ein System, von dem erwartet wird, dass es mehrere Millionen Transaktionen ausführt Führen Sie ein weltweites Finanzgeschäft. Es gibt zwei Hauptgründe für diesen Glauben: 1. Die meisten validators der Proof-of-Stake-Ketten und Miner der
Der Anreiz für Proof-of-Work-Ketten besteht in erster Linie aus finanziellen Vorteilen. Wenn Ein adaptiver Gegner bietet ihnen mehr Geld als die erwartete Rendite Wenn man ehrlich vorgeht, kann man davon ausgehen, dass es viele validators gibt werde das Angebot annehmen. 2. Viele Unternehmen führen die Validierung von Proof-of-Stake-Ketten professionell durch Es wird erwartet, dass ein großer Prozentsatz der Anteile an jeder Kette liegen wird von solchen Einheiten. Die Anzahl solcher Entitäten ist für eine ausreichend klein adaptiver Gegner, um die meisten von ihnen persönlich kennenzulernen und zu haben gutes Verständnis für ihre Neigung, korrumpiert zu werden. Wir gehen einen Schritt weiter, um die Wahrscheinlichkeit der adaptiven Korruption zu verringern, indem wir verbergen, welche validators welchem Shard zugewiesen sind. Die Idee ist entfernt ähnlich der Art und Weise, wie Algorand [5] validators verbirgt. Es ist wichtig zu beachten, dass selbst wenn die validators verborgen sind, wie in Algorand oder wie unten beschrieben, ist die adaptive Korruption theoretisch immer noch möglich. Während Der adaptive Gegner kennt die Teilnehmer nicht, die erstellen oder validieren Ob ein Block oder ein Brocken, die Teilnehmer wissen selbst, dass sie etwas leisten werden eine solche Aufgabe erfüllen und einen kryptografischen Beweis dafür haben. So kann der Gegner Machen Sie ihre Korruptionsabsicht öffentlich und zahlen Sie an jeden Teilnehmer, der dies bereitstellt so ein kryptografischer Beweis. Wir stellen jedoch fest, dass der Gegner dies nicht tut Sie kennen die validators, die dem Shard zugewiesen sind, den sie beschädigen möchten haben keine andere Wahl, als ihre Absicht, einen bestimmten Shard zu beschädigen, zu verbreiten die gesamte Gemeinschaft. An diesem Punkt ist es für jeden Ehrlichen wirtschaftlich vorteilhaft Der Teilnehmer muss einen vollständigen Knoten hochfahren, der diesen Shard validiert, da ein Hoch vorliegt Wahrscheinlichkeit, dass ein ungültiger Block in diesem Shard erscheint, was eine Gelegenheit dazu darstellt Erstellen Sie eine Herausforderung und sammeln Sie die zugehörige Belohnung. Um die validators, die einem bestimmten Shard zugewiesen sind, nicht preiszugeben, tun wir dies Folgendes (siehe Abbildung 24): Verwenden Sie VRF, um die Zuweisung zu erhalten. Zu Beginn jeder Epoche validator verwendet eine VRF, um eine Bitmaske der Shards abzurufen, denen validator zugewiesen ist. Die Bitmaske jedes validator wird Sw-Bits haben (Definition siehe Abschnitt 3.3). von Sw). Der validator ruft dann den Status der entsprechenden Shards ab und Während der Epoche werden für jeden empfangenen Block die entsprechenden Blöcke validiert zu den Shards, denen validator zugewiesen ist. Melden Sie sich in Blöcken statt in Blöcken an. Da die Shard-Zuweisung verborgen ist, kann validator keine Chunks anmelden. Stattdessen wird immer das Ganze unterschrieben blockieren, sodass nicht verraten wird, welche Shards validiert werden. Insbesondere wenn validator einen Block empfängt und alle Blöcke validiert, erstellt er entweder eine Nachricht Dies bestätigt, dass alle Chunks in allen Shards, denen validator zugewiesen ist, vorhanden sind gültig (ohne in irgendeiner Weise anzugeben, um welche Shards es sich handelt) oder eine Nachricht darüber enthält einen Beweis für einen ungültigen Zustandsübergang, wenn ein Block ungültig ist. Siehe die Einzelheiten zur Aggregation solcher Nachrichten finden Sie in Abschnitt 3.8, in Abschnitt 3.7.4 die Details, wie verhindert werden kann, dass validators Nachrichten von huckepack nehmen andere validators und Abschnitt 3.7.5 für Einzelheiten zur Belohnung und Bestrafung validators, falls tatsächlich eine erfolgreiche ungültige Zustandsübergangsherausforderung stattfindet.Abbildung 24: Die validators in Nightshade verbergen 3.7.4 Commit-Reveal Eines der häufigsten Probleme mit validators besteht darin, dass ein validator das Herunterladen des Status und die tatsächliche Validierung der Chunks und Blöcke überspringen kann und stattdessen Beobachten Sie das Netzwerk, sehen Sie, was die anderen validators einreichen, und wiederholen Sie dies Nachrichten. Ein validator, der einer solchen Strategie folgt, bietet keinen Mehrwert Sicherheit für das Netzwerk, kassiert aber Belohnungen. Eine übliche Lösung für dieses Problem besteht darin, für jeden validator einen Beweis bereitzustellen dass sie den Block tatsächlich validiert haben, beispielsweise durch Bereitstellung einer eindeutigen Ablaufverfolgung Die Anwendung des Zustandsübergangs ist zwar nicht möglich, aber solche Nachweise erhöhen die Kosten erheblich der Validierung. Abbildung 25: Commit-Enthüllung
Stattdessen veranlassen wir, dass die validators zuerst auf das Validierungsergebnis übertragen werden (entweder die Nachricht, die die Gültigkeit der Chunks bestätigt, oder der Beweis einer Ungültigkeit Warten Sie einen bestimmten Zeitraum und zeigen Sie erst dann das tatsächliche Validierungsergebnis an, wie in Abbildung 25 dargestellt. Der Festschreibungszeitraum überschneidet sich nicht mit der Enthüllungszeitraum, und daher kann ein fauler validator keine ehrlichen validators kopieren. Darüber hinaus, wenn ein unehrlicher validator sich zu einer Nachricht verpflichtet hat, die dies bestätigt Gültigkeit der zugewiesenen Chunks, und mindestens ein Chunk war ungültig, sobald dies der Fall ist gezeigt, dass der Block ungültig ist, kann validator den Schrägstrich nicht vermeiden, da Wie wir in Abschnitt 3.7.5 zeigen, ist dies der einzige Weg, in einer solchen Situation nicht aufgeschlitzt zu werden besteht darin, eine Nachricht zu präsentieren, die einen Beweis für den ungültigen Zustandsübergang enthält entspricht dem Commit. 3.7.5 Umgang mit Herausforderungen Wie oben erläutert, sobald ein validator einen Block mit einem ungültigen Block empfängt, Sie bereiten zunächst einen Beweis für den ungültigen Zustandsübergang vor (siehe Abschnitt 3.7.1) und dann verpflichten Sie sich zu einem solchen Beweis (siehe 3.7.4) und offenbaren Sie nach einiger Zeit die Herausforderung. Sobald die aufgedeckte Herausforderung in einen Block aufgenommen wird, passiert Folgendes: 1. Alle Zustandsübergänge, die von dem Block aus stattgefunden haben, der die enthält ungültiger Block, bis der Block, in dem die aufgedeckte Herausforderung enthalten ist, abgerufen wird für nichtig erklärt. Der Zustand vor dem Block, der die offenbarte Herausforderung enthält gilt als derselbe wie der Zustand vor dem enthaltenen Block der ungültige Block. 2. Innerhalb einer bestimmten Zeitspanne muss jeder validator seine Bitmaske offenlegen der Shards, die sie validieren. Da die Bitmaske über ein VRF erstellt wird, wenn Sie wurden dem Shard zugewiesen, der den ungültigen Zustandsübergang „they“ hatte kann nicht umhin, es zu enthüllen. Alle validator, bei denen die Bitmaske nicht angezeigt wird Es wird davon ausgegangen, dass es dem Shard zugewiesen ist. 3. Jeder validator, der nach diesem Zeitraum dem Shard zugeordnet ist, das hat zu einem Validierungsergebnis für den Block geführt, der das enthält ungültiger Block und das ergab keinen Beweis für einen ungültigen Zustandsübergang das ihrem Commit entspricht, wird gestrichen. 4. Jeder validator erhält eine neue Shard-Zuweisung und eine neue Epoche wird geplant um nach einiger Zeit zu beginnen, die ausreicht, damit alle validators das herunterladen können Zustand, wie in Abbildung 26 dargestellt. Beachten Sie, dass die validators ab dem Moment die ihnen zugewiesenen Shards offenlegen Bis zum Beginn der neuen Epoche ist die Sicherheit des Systems verringert, da die Die Shard-Zuordnung wird enthüllt. Die Teilnehmer des Netzwerks müssen es behalten Beachten Sie dies bei der Nutzung des Netzwerks in diesem Zeitraum. 3.8 Signaturaggregation Damit ein System mit Hunderten von Shards sicher funktioniert, möchten wir Folgendes haben: Größenordnung von 10.000 oder mehr validators. Wie in Abschnitt 3.7 besprochen, wollen wir jedesAbbildung 26: Die Herausforderung meistern validator um im Durchschnitt ein Commit für eine bestimmte Nachricht und eine Signatur zu veröffentlichen einmal pro Block. Selbst wenn die Commit-Nachrichten gleich wären, wäre eine solche Aggregation möglich BLS-Signatur und deren Validierung wären unerschwinglich teuer gewesen. Aber Natürlich sind die Commit- und Reveal-Nachrichten bei allen validators nicht gleich. und daher brauchen wir eine Möglichkeit, solche Nachrichten und die Signaturen in einem zusammenzufassen Dies ermöglicht eine spätere schnelle Validierung. Der spezifische Ansatz, den wir verwenden, ist der folgende: Validatoren schließen sich Blockproduzenten an. Die Blockproduzenten sind bekannt einige Zeit vor Beginn der Epoche, da sie einige Zeit zum Herunterladen benötigen Zustand vor Beginn der Epoche, und im Gegensatz zu den validators sind es die Blockproduzenten nicht verborgen. Jeder Blockproduzent verfügt über v validator Slots. Validatoren reichen ein Off-Chain-Vorschläge an die Blockproduzenten, als einer ihrer v validators. Wenn ein Blockproduzent einen validator einschließen möchte, reicht er einen ein Transaktion, die die erste Off-Chain-Anfrage von validator enthält, und die Signatur des Blockproduzenten, die dafür sorgt, dass validator dem Blockproduzenten beitritt. Beachten Sie, dass die den Blockproduzenten zugewiesenen validators dies nicht unbedingt tun Validieren Sie dieselben Shards, für die der Blockproduzent Chunks produziert. Wenn ein validator wird angewendet, um mehrere Blockproduzenten zu verbinden, nur die Transaktion von Der erste Blockproduzent wird erfolgreich sein. Blockproduzenten sammeln Commits. Der Blockproduzent sammelt ständig die Commit- und Reveal-Nachrichten von den validators. Sobald eine bestimmte Anzahl solcher Nachrichten angesammelt ist, berechnet der Blockproduzent ein Merkle Baum dieser Nachrichten und sendet an jeden validator die Merkle-Wurzel und die Merkle Weg zu ihrer Botschaft. Der validator validiert den Pfad und meldet sich an die Merkle-Wurzel. Der Blockproduzent sammelt dann eine BLS-Signatur auf dem Merkle Root aus den validators und veröffentlicht nur die Merkle Root und die gesammelte Unterschrift. Der Blockproduzent unterzeichnet auch die Gültigkeit des Multisignatur mit einer günstigen ECDSA-Signatur. Wenn die Multisignatur dies nicht tut Wenn Sie mit dem übermittelten Merkle-Stamm oder der Bitmaske der teilnehmenden validators übereinstimmen, handelt es sich um ein streichbares Verhalten. Beim Synchronisieren der Kette ein Teilnehmer Sie können wählen, ob alle BLS-Signaturen der validators validiert werden sollen (was extrem teuer ist, da die öffentlichen Schlüssel der validators aggregiert werden müssen) oder nurdie ECDMA-Signaturen von den Blockproduzenten und verlassen sich darauf, dass die Der Blockproduzent wurde nicht angefochten und gekürzt. Verwendung von On-Chain-Transaktionen und Merkle-Beweisen für Herausforderungen. Es Es kann festgestellt werden, dass es keinen Wert hat, Nachrichten von validators preiszugeben, wenn nein Es wurde ein ungültiger Zustandsübergang erkannt. Nur die Nachrichten, die das tatsächliche enthalten Beweise für einen ungültigen Zustandsübergang müssen offengelegt werden, und zwar nur für solche Nachrichten Es muss gezeigt werden, dass sie mit dem vorherigen Commit übereinstimmen. Die Nachricht muss zu zwei Zwecken offengelegt werden: 1. Um den Rollback der Kette tatsächlich auf den Moment vor dem einzuleiten ungültiger Zustandsübergang (siehe Abschnitt 3.7.5). 2. Um zu beweisen, dass der validator nicht versucht hat, die Gültigkeit des zu bestätigen Ungültiger Block. In beiden Fällen müssen wir uns mit zwei Problemen befassen: 1. Der eigentliche Commit war nicht in der Kette enthalten, sondern nur die Merkle-Wurzel des Commit aggregiert mit anderen Nachrichten. Der validator muss das verwenden Merkle-Pfad, der vom Blockproduzenten bereitgestellt wird, und dessen ursprüngliches Commit beweisen, dass sie sich der Herausforderung gestellt haben. 2. Es ist möglich, dass alle dem Shard zugewiesenen validators ungültig sind Zustandsübergänge werden zufällig beschädigten Blockproduzenten zugewiesen zensieren sie. Um dies zu umgehen, erlauben wir ihnen, ihre Enthüllungen einzureichen als reguläre Transaktion in der Kette und umgeht die Aggregation. Letzteres ist nur für die Nachweise eines ungültigen Zustandsübergangs zulässig äußerst selten und sollte daher nicht zum Spam der Blöcke führen. Das letzte Problem, das angegangen werden muss, besteht darin, dass die Blockproduzenten dies können sich dafür entscheiden, nicht an der Nachrichtenaggregation teilzunehmen oder bestimmte validators absichtlich zu zensieren. Wir machen es wirtschaftlich unvorteilhaft, indem wir den Block herstellen Produzentenbelohnung proportional zur Anzahl der ihnen zugewiesenen validators. Wir Beachten Sie auch, dass sich die Blockproduzenten zwischen den Epochen weitgehend überschneiden (seit Es sind immer die Top-W-Teilnehmer mit dem höchsten Einsatz), die validators können Bleiben Sie weitgehend bei der Zusammenarbeit mit denselben Blockproduzenten und reduzieren Sie so das Risiko dass sie einem Blockproduzenten zugewiesen wurden, der sie in der Vergangenheit zensiert hat. 3.9 Snapshots-Kette Da die Blöcke in der Hauptkette sehr häufig produziert werden, ist das Herunterladen erforderlich Die vollständige Historie könnte sehr schnell teuer werden. Darüber hinaus seit jedem Block eine BLS-Signatur einer großen Anzahl von Teilnehmern enthält, allein die Aggregation der öffentlichen Schlüssel zur Überprüfung der Signatur könnte unerschwinglich werden auch teuer. Schließlich wird Ethereum 1.0 in absehbarer Zukunft wahrscheinlich einer bleiben einer der am häufigsten verwendeten blockchains und bietet eine sinnvolle Möglichkeit, Vermögenswerte von dort zu übertragen
In der Nähe von Ethereum ist eine Anforderung, und heute ist die Überprüfung von BLS-Signaturen erforderlich, um dies sicherzustellen Die Gültigkeit naher Blöcke auf der Seite von Ethereum ist nicht möglich. Jeder Block in der Nightshade-Hauptkette kann optional einen Schnorr enthalten Multisignatur im Header des letzten Blocks, der einen solchen Schnorr enthielt Multisignatur. Wir nennen solche Blöcke Snapshot-Blöcke. Der allererste Block von Jede Epoche muss ein Snapshot-Block sein. Während ich an einer solchen Multisignatur arbeitete, Die Blockproduzenten müssen auch die BLS-Signaturen der validators sammeln auf dem letzten Snapshot-Block und aggregieren Sie sie auf die gleiche Weise wie in beschrieben Abschnitt 3.8. Da die Menge der Blockproduzenten während der gesamten Epoche konstant ist, ist eine Validierung erforderlich Nur die ersten Snapshot-Blöcke in jeder Epoche sind ausreichend, vorausgesetzt, dass bei Nr weisen darauf hin, dass ein großer Prozentsatz der Blockproduzenten und validators zusammengearbeitet und erstellt haben eine Gabel. Der erste Block der Epoche muss für die Berechnung ausreichende Informationen enthalten die Blockproduzenten und validators für die Epoche. Wir nennen die Unterkette der Hauptkette, die nur den Snapshot enthält blockiert eine Snapshot-Kette. Das Erstellen einer Schnorr-Multisignatur ist ein interaktiver Prozess, aber da wir Es muss nur selten durchgeführt werden, egal wie ineffizient der Prozess ist wird genügen. Die Schnorr-Multisignaturen können einfach unter Ethereum validiert werden, Dadurch werden entscheidende Grundelemente für eine sichere Durchführung von Cross-blockchain bereitgestellt. Kommunikation. Für die Synchronisierung mit der Near-Kette muss lediglich der gesamte Snapshot heruntergeladen werden blockiert und bestätigt, dass die Schnorr-Signaturen korrekt sind (optional auch Überprüfung der einzelnen BLS-Signaturen der validators) und dann nur die Synchronisierung Hauptkettenblöcke vom letzten Snapshot-Block.
Nightshade
3.1 Dari rantai pecahan hingga pecahan pecahan Model sharding dengan rantai shard dan rantai suar sangat kuat namun mempunyai kompleksitas tertentu. Secara khusus, aturan pilihan garpu perlu dijalankan di setiap rantai secara terpisah, aturan pilihan garpu di rantai pecahan dan suar rantai harus dibuat secara berbeda dan diuji secara terpisah. Di Nightshade kami memodelkan sistem sebagai blockchain tunggal, yang masing-masingnya blok secara logis berisi semua transaksi untuk semua pecahan, dan mengubah seluruh keadaan dari semua pecahan. Namun secara fisik, tidak ada peserta yang mengunduhnya keadaan penuh atau blok logis penuh. Sebaliknya, masing-masing peserta jaringan saja mempertahankan status yang sesuai dengan pecahan yang transaksinya divalidasi, dan daftar semua transaksi di blok dibagi menjadi fisik potongan, satu potongan per pecahan. Dalam kondisi ideal, setiap blok berisi tepat satu bongkahan per pecahan per blok, yang kira-kira sesuai dengan model dengan rantai pecahan di mana rantai pecahan menghasilkan balok dengan kecepatan yang sama dengan rantai suar. Namun, karena penundaan jaringan, beberapa bagian mungkin hilang, jadi dalam praktiknya setiap blok berisi satu atau nol potongan per pecahan. Lihat bagian 3.3 untuk rincian tentang caranya blok diproduksi. Gambar 16: Model dengan rantai pecahan di sebelah kiri dan memiliki satu rantai blok terbelah menjadi beberapa bagian di sebelah kanan
3.2 Konsensus Dua pendekatan dominan terhadap konsensus di blockchains saat ini adalah rantai terpanjang (atau terberat), yaitu rantai yang mempunyai pekerjaan atau pasak paling banyak digunakan untuk membangunnya dianggap kanonik, dan BFT, di mana untuk setiap blok beberapa kumpulan validator mencapai konsensus BFT. Dalam protokol yang diusulkan baru-baru ini, pendekatan terakhir adalah pendekatan yang lebih dominan, karena hal ini memberikan penyelesaian langsung, sedangkan pada rantai terpanjang dibutuhkan lebih banyak blok untuk dibangun di atas blok untuk memastikan finalitas. Seringkali untuk sesuatu yang bermakna keamanan waktu yang dibutuhkan untuk membangun jumlah blok yang cukup urutan jam. Penggunaan konsensus BFT pada setiap blok juga memiliki kelemahan, seperti: 1. BFT konsensus melibatkan banyak komunikasi. Sementara kemajuan terkini memungkinkan konsensus dicapai dalam jumlah waktu yang linier peserta (lihat misalnya [4]), masih terlihat biaya overhead per blok; 2. Tidak mungkin semua peserta jaringan berpartisipasi dalam BFT konsensus per blok, sehingga biasanya hanya sebagian peserta yang diambil sampelnya secara acak yang mencapai konsensus. Himpunan sampel yang diambil secara acak, pada prinsipnya, dapat berupa dirusak secara adaptif, dan sebuah percabangan dalam teori dapat tercipta. Sistem keduanya perlu dicontohkan agar siap menghadapi peristiwa semacam itu, dan dengan demikian tetap saja memiliki aturan pilihan bercabang selain konsensus BFT, atau dirancang untuk ditutup turun dalam acara seperti itu. Perlu disebutkan bahwa beberapa desain, seperti Algorand [5], secara signifikan mengurangi kemungkinan korupsi adaptif. 3. Yang terpenting, sistem terhenti jika 1 3 atau lebih dari semua peserta adalah offline. Oleh karena itu, kesalahan jaringan sementara atau perpecahan jaringan dapat menghentikan sistem sepenuhnya. Idealnya sistem harus dapat terus berjalan beroperasi selama setidaknya setengah dari peserta sedang online (yang terberat protokol berbasis rantai terus beroperasi meskipun kurang dari separuh peserta sedang online, namun keinginan akan properti ini masih bisa diperdebatkan dalam komunitas). Model hibrida yang menggunakan konsensus adalah model yang paling berat rantai, tetapi beberapa blok diselesaikan secara berkala menggunakan gadget finalitas BFT mempertahankan keunggulan kedua model. Gadget finalitas BFT seperti itu Casper FFG [6] digunakan di Ethereum 2.0 8, Casper CBC (lihat https://vitalik. ca/general/2018/12/05/cbc_casper.html) dan GRANDPA (lihat https:// medium.com/polkadot-network/d08a24a021b5) digunakan di Polkadot. Nightshade menggunakan konsensus rantai terberat. Khususnya ketika sebuah blok produsen memproduksi sebuah blok (lihat bagian 3.3), mereka dapat mengumpulkan tanda tangan darinya produsen blok lain dan validators membuktikan blok sebelumnya. Lihat bagian 3.8 untuk rincian bagaimana sejumlah besar tanda tangan dikumpulkan. Beratnya 8Lihat juga sesi papan tulis bersama Justin Drake untuk gambaran mendalam tentang Casper FFG, dan bagaimana integrasinya dengan konsensus rantai terberat GHOST di sini: https://www. youtube.com/watch?v=S262StTwkmosuatu blok kemudian merupakan saham kumulatif dari semua penandatangan yang memiliki tanda tangan tersebut termasuk dalam blok tersebut. Berat suatu rantai adalah jumlah dari berat balok. Di atas konsensus rantai terberat, kami menggunakan gadget finalitas yang digunakan pengesahan untuk menyelesaikan blok. Untuk mengurangi kompleksitas sistem, kami menggunakan gadget finalitas yang tidak mempengaruhi aturan pilihan garpu dengan cara apa pun, dan sebagai gantinya hanya memperkenalkan kondisi pemotongan tambahan, sehingga satu blok menjadi satu diselesaikan oleh gadget finalitas, percabangan tidak mungkin dilakukan kecuali persentasenya sangat besar dari total taruhannya dipotong. Casper CBC adalah gadget finalitas, dan kami saat ini menjadi model dengan mempertimbangkan Casper CBC. Kami juga mengerjakan protokol BFT terpisah yang disebut TxFlow. Pada saat saat menulis dokumen ini, tidak jelas apakah TxFlow akan digunakan sebagai pengganti Casper KBK. Namun kami mencatat bahwa pilihan gadget finalitas sebagian besar ortogonal terhadap desain lainnya. 3.3 Blokir produksi Di Nightshade ada dua peran: produser blok dan validators. Kapan saja titik sistem berisi produsen blok w, w = 100 dalam model kita, dan wv validators, dalam model kami v = 100, wv = 10, 000. Sistemnya adalah Proof-of-Stake, artinya produsen blok dan validator memiliki sejumlah internal mata uang (disebut ”tokens”) dikunci untuk durasi waktu yang jauh melebihi waktu yang mereka habiskan untuk melaksanakan tugas mereka membangun dan memvalidasi rantai. Seperti semua sistem Proof of Stake, tidak semua produsen blok w dan tidak semua wv validator adalah entitas yang berbeda, karena hal tersebut tidak dapat diterapkan. Masing-masing dari produsen blok w dan wv validators, bagaimanapun, memiliki yang terpisah taruhan. Sistem berisi n pecahan, n = 1000 dalam model kami. Seperti disebutkan dalam bagian 3.1, di Nightshade tidak ada rantai pecahan, sebagai gantinya semua produsen blok dan validator sedang membangun satu blockchain, yang kami sebut sebagai rantai utama. Keadaan rantai utama dibagi menjadi n pecahan, dan setiap blok produser dan validator setiap saat hanya mengunduh sebagian dari secara lokal keadaan yang sesuai dengan beberapa subset pecahan, dan hanya memproses dan memvalidasi transaksi yang mempengaruhi bagian negara bagian tersebut. Untuk menjadi produsen blok, peserta jaringan mengunci beberapa blok besar jumlah tokens (satu taruhan). Pemeliharaan jaringan dilakukan dalam jangka waktu tertentu, di mana suatu zaman adalah periode waktu dalam urutan hari. Para peserta dengan taruhan terbesar pada awal periode tertentu adalah blok produsen untuk zaman itu. Setiap produser blok ditugaskan ke sw shards, (misalnya sw = 40, yang berarti sww/n = 4 produsen blok per pecahan). Blok produser mengunduh status shard yang ditugaskan kepada mereka sebelum epoch dimulai, dan sepanjang epoch mengumpulkan transaksi yang memengaruhi pecahan itu, dan menerapkannya pada negara. Untuk setiap blok b pada rantai utama, dan untuk setiap pecahan s, terdapat salah satu darinya menugaskan produser blok ke s yang bertanggung jawab memproduksi bagian b terkait ke pecahan. Bagian b yang berhubungan dengan shard s disebut chunk, dan berisi daftar transaksi pecahan yang akan dimasukkan ke dalam b, serta merkleakar dari keadaan yang dihasilkan. b pada akhirnya hanya akan berisi header yang sangat kecil chunk yaitu akar merkle dari semua transaksi yang diterapkan (lihat bagian 3.7.1 untuk rincian yang tepat), dan akar merkle dari keadaan akhir. Sepanjang sisa dokumen ini kita sering merujuk pada produsen blok yang bertanggung jawab untuk menghasilkan potongan pada waktu tertentu untuk pecahan tertentu sebagai produsen bongkahan. Produser bongkahan selalu menjadi salah satu produsen blok. Produsen blok dan produsen bongkahan merotasi setiap blok sesuai ke jadwal yang tetap. Produsen blok mendapat pesanan dan memproduksi berulang kali blok dalam urutan itu. Misalnya. jika ada 100 produsen blok, blok pertama produsen bertanggung jawab untuk memproduksi blok 1, 101, 201 dst, yang kedua adalah bertanggung jawab untuk memproduksi 2, 102, 202 dll). Karena produksi potongan, tidak seperti produksi blok, memerlukan pemeliharaan negara bagian, dan untuk setiap shard hanya produsen blok sww/n yang mempertahankan negara bagian tersebut per pecahan, hanya produsen blok sww/n yang dirotasi untuk membuat potongan. Misalnya. dengan konstanta di atas dengan empat produsen blok yang ditugaskan setiap pecahan, setiap produsen blok akan membuat potongan setiap empat blok. 3.4 Memastikan ketersediaan data Untuk memastikan ketersediaan data kami menggunakan pendekatan yang serupa dengan Polkadot dijelaskan di bagian 2.5.3. Setelah produsen blok memproduksi suatu bongkahan, mereka menciptakannya versi kode penghapusan dengan kode blok optimal (w, ⌊w/6 + 1⌋) dari potongan. Mereka kemudian mengirimkan satu bagian dari potongan kode penghapusan (kami menyebutnya potongan tersebut bagian potongan, atau hanya bagian) ke setiap produsen blok. Kami menghitung pohon merkle yang berisi semua bagian seperti daun, dan header setiap potongan berisi akar merkle dari pohon tersebut. Bagian-bagian tersebut dikirim ke validators melalui pesan satu bagian. Setiap pesan tersebut berisi header potongan, urutan bagian, dan isi bagian. Itu pesan juga berisi tanda tangan produser blok yang memproduksinya chunk dan jalur merkle untuk membuktikan bahwa bagian tersebut sesuai dengan header dan diproduksi oleh produsen blok yang tepat. Setelah produsen blok menerima blok rantai utama, pertama-tama mereka memeriksa apakah sudah diterima memiliki pesan satu bagian untuk setiap potongan yang disertakan dalam blok. Jika tidak, blokir tidak diproses sampai pesan satu bagian yang hilang diambil. Setelah semua pesan satu bagian diterima, produser blok mengambil pesan tersebut bagian yang tersisa dari rekan-rekannya dan merekonstruksi bagian-bagian yang mereka pegang negara bagian. Produsen blok tidak memproses blok rantai utama jika setidaknya untuk satu blok potongan yang termasuk dalam blok tersebut tidak memiliki pesan satu bagian yang sesuai, atau jika setidaknya untuk satu pecahan yang statusnya dipertahankan, mereka tidak dapat merekonstruksi seluruh potongan. Agar potongan tertentu tersedia, cukup ⌊w/6⌋+1 blok tersebut produsen memiliki bagiannya dan melayaninya. Jadi, selama jumlahnya aktor jahat tidak melebihi ⌊w/3⌋tidak ada rantai yang memiliki lebih dari setengah blok produsen yang membangunnya mungkin memiliki bagian yang tidak tersedia.Gambar 17: Setiap blok berisi satu atau nol bongkahan per pecahan, dan setiap bongkahan adalah kode penghapusan. Setiap bagian dari potongan kode penghapusan dikirim ke tempat yang ditunjuk blok produser melalui pesan satu bagian khusus 3.4.1 Berurusan dengan produsen blok yang malas Jika produsen blok mempunyai blok yang pesan satu bagiannya hilang, mereka mungkin memilih untuk tetap menandatanganinya, karena jika blok itu akhirnya dirantai akan memaksimalkan imbalan bagi produsen blok. Tidak ada risiko untuk pemblokiran tersebut produsen blok karena tidak mungkin untuk membuktikan kemudian bahwa produsen blok tidak memilikinya pesan satu bagian. Untuk mengatasinya kita membuat setiap potongan menjadi produser saat membuat potongan tersebut pilih warna (merah atau biru) untuk setiap bagian dari potongan yang dikodekan di masa depan, dan simpan bitmask warna yang ditetapkan dalam potongan sebelum dikodekan. Masing-masing bagian pesan kemudian berisi warna yang ditetapkan ke bagian tersebut, dan warna tersebut digunakan saat menghitung akar merkle dari bagian yang dikodekan. Jika produsen bongkahan menyimpang dari protokolnya bisa dibuktikan dengan mudah, karena root merkle juga tidak sesuai dengan pesan satu bagian, atau warna dalam pesan satu bagian itu sesuai dengan akar merkle tidak akan cocok dengan topeng di potongan. Ketika produsen blok menandatangani sebuah blok, mereka menyertakan bitmask dari semuanya bagian merah yang mereka terima untuk bongkahan yang termasuk dalam blok. Penerbitan sebuah bitmask yang salah adalah perilaku yang dapat disayat. Jika produsen blok belum menerima a pesan satu bagian, mereka tidak tahu warna pesannya, dan sehingga memiliki peluang 50% untuk ditebas jika mereka mencoba menandatangani secara membabi buta blok. 3.5 Aplikasi transisi negara Produsen bongkahan hanya memilih transaksi mana yang akan dimasukkan ke dalam bongkahan tersebut jangan menerapkan transisi keadaan ketika mereka menghasilkan potongan. Sejalan dengan itu,
header chunk berisi root merkle dari status merkel seperti sebelumnya transaksi dalam potongan diterapkan. Transaksi hanya diterapkan bila blok penuh yang mencakup potongan sedang diproses. Seorang peserta hanya memproses satu blok jika 1. Blok sebelumnya telah diterima dan diproses; 2. Untuk setiap bagian, peserta tidak mempertahankan status yang mereka miliki melihat pesan satu bagian; 3. Untuk setiap bagian, peserta mempertahankan status yang mereka miliki potongan penuh. Setelah blok diproses, untuk setiap pecahan yang menjadi peserta mempertahankan statusnya, mereka menerapkan transaksi dan menghitung status baru terhitung setelah transaksi diterapkan, setelah itu siap berproduksi potongan untuk blok berikutnya, jika ditugaskan ke pecahan apa pun, karena sudah ada akar merkle dari negara merkel baru. 3.6 Transaksi dan penerimaan lintas pecahan Jika suatu transaksi perlu memengaruhi lebih dari satu shard, transaksi tersebut harus dilakukan secara berurutan dieksekusi di setiap pecahan secara terpisah. Transaksi lengkap dikirim ke pecahan pertama terpengaruh, dan setelah transaksi dimasukkan dalam potongan untuk pecahan tersebut, dan diterapkan setelah potongan dimasukkan ke dalam blok, itu menghasilkan apa yang disebut tanda terima transaksi, yang dialihkan ke pecahan berikutnya yang memerlukan transaksi dieksekusi. Jika diperlukan lebih banyak langkah, eksekusi transaksi penerimaan menghasilkan transaksi penerimaan baru dan seterusnya. 3.6.1 Penerimaan transaksi seumur hidup Sebaiknya transaksi penerimaan diterapkan di blok yang segera mengikuti blok tempat transaksi tersebut dihasilkan. Transaksi resinya saja dihasilkan setelah blok sebelumnya diterima dan diterapkan oleh produsen blok yang mempertahankan pecahan asal, dan perlu diketahui pada saat itu potongan untuk blok berikutnya diproduksi oleh produsen blok tujuan pecahan. Oleh karena itu, tanda terima harus dikomunikasikan dari pecahan sumber ke pecahan tujuan dalam jangka waktu singkat antara kedua peristiwa tersebut. Misalkan A adalah blok terakhir yang diproduksi yang berisi transaksi t yang menghasilkan tanda terima r. Misalkan B adalah blok yang diproduksi berikutnya (yaitu blok yang mempunyai A sebagai blok sebelumnya) yang ingin kita tampung r. Misalkan t berada di pecahan a dan r dalam pecahan b. Masa berlaku kuitansi, juga digambarkan pada gambar 18, adalah sebagai berikut: Memproduksi dan menyimpan kuitansi. Cpa produsen bongkahan untuk shard a menerima blok A, menerapkan transaksi t dan menghasilkan tanda terima r. cpa kemudian menyimpan semua penerimaan yang dihasilkan dalam penyimpanan persisten internal yang diindeks dengan id pecahan sumber.Mendistribusikan kuitansi. Setelah cpa siap untuk menghasilkan potongannya shard a untuk blok B, mereka mengambil semua tanda terima yang dihasilkan dengan menerapkan transaksi dari blok A untuk shard a, dan memasukkannya ke dalam potongan untuk shrad a di blok B. Setelah potongan tersebut dibuat, cpa menghasilkan kode penghapusannya versi dan semua pesan satu bagian yang terkait. cpa mengetahui produsen blok mana yang mempertahankan status penuh untuk pecahan mana. Untuk produsen blok tertentu bp cpa mencakup penerimaan yang dihasilkan dari penerapan transaksi di blok A untuk shard a yang memiliki salah satu shard yang dipedulikan bp sebagai tujuannya dalam pesan satu bagian ketika mereka mendistribusikan potongan untuk pecahan a di blok B (lihat gambar 17, yang menunjukkan tanda terima yang disertakan dalam pesan satu bagian). Menerima kuitansi. Ingatlah bahwa peserta (produsen blok dan validators) tidak memproses blok sampai mereka memiliki pesan satu bagian untuk setiap potongan yang termasuk dalam blok. Jadi, pada saat peserta tertentu menerapkan blok B, mereka memiliki semua pesan satu bagian yang sesuai potongan di B, dan dengan demikian mereka memiliki semua tanda terima masuk yang memiliki pecahannya peserta mempertahankan negara bagian sebagai tujuannya. Saat menerapkan transisi status untuk pecahan tertentu, peserta menerapkan kedua tanda terima tersebut yang telah mereka kumpulkan untuk pecahan di pesan satu bagian, dan juga semuanya transaksi yang termasuk dalam potongan itu sendiri. Gambar 18: Seumur hidup transaksi penerimaan 3.6.2 Menangani terlalu banyak tanda terima Ada kemungkinan bahwa jumlah penerimaan yang menargetkan pecahan tertentu di a blok tertentu terlalu besar untuk diproses. Misalnya, perhatikan gambar 19, di yang mana setiap transaksi di setiap shard menghasilkan tanda terima yang menargetkan shard 1. Pada blok berikutnya, jumlah resi yang perlu diproses oleh shard 1 adalah sebanding dengan beban yang diproses gabungan semua pecahan saat ditangani blok sebelumnya.
Gambar 19: Jika semua tanda terima menargetkan shard yang sama, shard tersebut mungkin tidak memilikinya kemampuan untuk memprosesnya Untuk mengatasinya kami menggunakan teknik serupa dengan yang digunakan di QuarkChain 9. Khususnya, untuk setiap shard, blok B terakhir dan shard terakhir di dalamnya blok dari mana tanda terima diterapkan dicatat. Saat pecahan baru ada dibuat, tanda terima diterapkan secara berurutan terlebih dahulu dari sisa pecahan di B, dan kemudian di blok berikutnya B, sampai bongkahan baru penuh. Di bawah normal keadaan dengan beban seimbang maka umumnya akan menghasilkan semua penerimaan sedang diterapkan (dan dengan demikian pecahan terakhir dari blok terakhir akan dicatat setiap potongan), tetapi pada saat beban tidak seimbang, dan tertentu shard menerima banyak tanda terima yang tidak proporsional, teknik ini memungkinkannya diproses dengan tetap menghormati batasan jumlah transaksi yang disertakan. Perhatikan bahwa jika beban tidak seimbang tersebut bertahan dalam waktu yang lama, penundaan akan terjadi pembuatan tanda terima hingga aplikasi dapat terus berkembang tanpa batas. Satu cara untuk mengatasinya adalah dengan membatalkan transaksi apa pun yang menghasilkan tanda terima yang menargetkan a pecahan yang memiliki penundaan pemrosesan yang melebihi beberapa konstanta (misalnya satu zaman). Perhatikan gambar 20. Berdasarkan blok B pecahan 4 tidak dapat memproses semua kuitansi, jadi hanya memproses penerimaan asal hingga shard 3 di blok A, dan mencatatnya. Di blok C disertakan resi hingga pecahan 5 di blok B, dan kemudian di blok D pecahannya menyusul, memproses semua sisa kuitansi yang masuk blok B dan semua kuitansi dari blok C. 3.7 Validasi potongan Potongan yang dihasilkan untuk shard tertentu (atau blok shard yang diproduksi untuk rantai shard tertentu dalam model dengan rantai shard) hanya dapat divalidasi oleh 9Lihat episode papan tulis dengan QuarkChain di sini: https://www.youtube.com/watch? v=opEtG6NM4x4, yang didalamnya dibahas antara lain pendekatan transaksi cross-shard halGambar 20: Pemrosesan tanda terima tertunda peserta yang memelihara negara. Mereka dapat menjadi produsen blok, validators, atau hanya saksi eksternal yang mengunduh status dan memvalidasi pecahannya tempat mereka menyimpan aset. Dalam dokumen ini kami berasumsi bahwa mayoritas peserta tidak dapat menyimpan keadaan untuk sebagian besar pecahan. Namun perlu disebutkan, bahwa ada blockchain pecahan yang dirancang dengan asumsi bahwa sebagian besar peserta memiliki kapasitas untuk menyimpan status dan memvalidasi sebagian besarnya pecahannya, seperti QuarkChain. Karena hanya sebagian kecil peserta yang memiliki negara bagian untuk memvalidasi pecahan tersebut potongannya, dimungkinkan untuk adaptif korup hanya pada peserta yang memilikinya negara bagian, dan menerapkan transisi keadaan yang tidak valid. Beberapa desain sharding diusulkan dengan sampel validators setiap beberapa hari, dan dalam satu hari setiap blok dalam rantai pecahan yang memiliki lebih dari 2/3 tanda tangan validator yang ditugaskan pada pecahan tersebut segera dipertimbangkan terakhir. Dengan pendekatan seperti itu, musuh adaptif hanya perlu merusak 2n/3+1 dari validators dalam rantai pecahan untuk menerapkan transisi keadaan yang tidak valid, yang, Meskipun hal ini mungkin sulit dilakukan, namun tingkat keamanannya tidak memadai bagi masyarakat blockchain. Seperti yang dibahas di bagian 2.3, pendekatan umum adalah memberikan jangka waktu tertentu setelah blok dibuat untuk setiap peserta yang memiliki status (baik itu adalah produsen blok, validator, atau pengamat eksternal) yang menantang validitasnya. Peserta seperti ini disebut Nelayan. Agar seorang nelayan bisa menantang blok yang tidak valid, harus dipastikan bahwa blok tersebut tersedia mereka. Ketersediaan data di Nightshade dibahas di bagian 3.4. Di Nightshade, setelah blok diproduksi, potongan tersebut tidak divalidasi oleh siapa pun kecuali produser bongkahan sebenarnya. Khususnya, produsen blok itu menyarankan blok tersebut secara alami tidak memiliki status untuk sebagian besar pecahannya, dantidak dapat memvalidasi potongan tersebut. Ketika blok berikutnya diproduksi, blok tersebut berisi pengesahan (lihat bagian 3.2) dari beberapa produsen blok dan validators, tapi karena mayoritas produsen blok dan validator tidak mengelola negara untuk sebagian besar shard, sebuah blok yang hanya memiliki satu bongkahan yang tidak valid akan mengumpulkan lebih dari separuh pengesahan secara signifikan dan akan terus berada pada pengesahan terberat. rantai. Untuk mengatasi masalah ini, kami mengizinkan peserta mana pun yang mempertahankan status pecahan untuk mengirimkan tantangan secara on-chain untuk setiap potongan tidak valid yang dihasilkan di dalamnya pecahan. 3.7.1 Tantangan validitas negara Setelah peserta mendeteksi bahwa potongan tertentu tidak valid, mereka harus memberikan bukti bahwa potongan tersebut tidak valid. Karena sebagian besar peserta jaringan tidak mempertahankan status pecahan yang berisi potongan tidak valid dihasilkan, bukti tersebut perlu memiliki informasi yang cukup untuk memastikan blok tersebut tidak sah tanpa memiliki negara. Kami menetapkan batas Ls dari jumlah negara (dalam byte) yang satu transaksi dapat membaca atau menulis secara kumulatif. Setiap transaksi yang menyentuh lebih dari Ls negara dianggap tidak sah. Ingat dari bagian 3.5 bahwa potongan tersebut di blok B tertentu hanya berisi transaksi yang akan diterapkan, tapi tidak akar negara baru. Akar negara bagian yang termasuk dalam potongan di blok B adalah negara bagian root sebelum menerapkan transaksi tersebut, tetapi setelah menerapkan transaksi dari potongan terakhir di pecahan yang sama sebelum blok B. Aktor jahat itu ingin menerapkan transisi keadaan yang tidak valid akan mencakup akar keadaan yang salah di blok B yang tidak sesuai dengan state root yang dihasilkan dari penerapan transaksi pada potongan sebelumnya. Kami memperluas informasi yang disertakan oleh produsen bongkahan ke dalam bongkahan tersebut. Alih-alih hanya menyertakan negara setelah menerapkan semua transaksi, malahan menyertakan akar keadaan setelah menerapkan setiap rangkaian transaksi yang berdekatan itu secara kolektif membaca dan menulis Ls byte negara. Dengan informasi ini untuk nelayan untuk menciptakan tantangan bahwa transisi negara diterapkan secara tidak benar cukup untuk menemukan akar status pertama yang tidak valid, dan hanya menyertakan Ls byte keadaan yang dipengaruhi oleh transaksi antara akar keadaan terakhir (yang tadinya valid) dan akar status saat ini dengan bukti merkle. Lalu peserta mana saja dapat memvalidasi transaksi di segmen tersebut dan memastikan bahwa potongan tersebut benar tidak valid. Demikian pula, jika produsen potongan mencoba memasukkan transaksi yang terbaca dan menulis lebih dari Ls byte status, untuk tantangannya cukup dengan menyertakannya byte Ls pertama yang disentuhnya dengan bukti merkle, yang sudah cukup menerapkan transaksi dan memastikan bahwa ada saatnya upaya untuk melakukannya membaca atau menulis konten melebihi Ls byte dibuat.
3.7.2 Nelayan dan transaksi lintas pecahan yang cepat Seperti yang dibahas di bagian 2.3, setelah kita berasumsi bahwa potongan shard (atau shard blok dalam model dengan rantai pecahan) bisa jadi tidak valid dan menimbulkan tantangan periode, hal ini berdampak negatif pada finalitas, dan dengan demikian komunikasi lintas pecahan. Di khususnya, shard tujuan dari transaksi lintas shard tidak dapat dipastikan bongkahan atau blok pecahan asal bersifat final hingga periode tantangan selesai (lihat gambar 21). Gambar 21: Menunggu periode tantangan sebelum menerapkan tanda terima Cara mengatasinya dengan cara melakukan transaksi cross-shard instantenious adalah agar shard tujuan tidak menunggu periode tantangan setelah transaksi pecahan sumber dipublikasikan, dan terapkan transaksi tanda terima segera, tetapi kemudian kembalikan pecahan tujuan bersama dengan sumbernya shard jika kemudian potongan atau blok asal ditemukan tidak valid (lihat gambar 22). Ini berlaku secara alami pada desain Nightshade yang menggunakan beling rantai tidak independen, melainkan semua potongan pecahannya dipublikasikan bersama-sama dalam blok rantai utama yang sama. Jika ada potongan yang ditemukan tidak valid, maka seluruh blok dengan potongan itu dianggap tidak valid, dan semua blok dibangun di atasnya di atasnya. Lihat gambar 23. Kedua pendekatan di atas memberikan atomisitas dengan asumsi tantangan tersebut periodenya cukup lama. Kami menggunakan pendekatan terakhir karena menyediakan transaksi crossshard cepat dalam keadaan normal melebihi ketidaknyamanannya pecahan tujuan dibatalkan karena transisi status yang tidak valid di salah satu pecahan sumber, yang merupakan peristiwa yang sangat langka. 3.7.3 Menyembunyikan validators Adanya tantangan-tantangan tersebut sudah secara signifikan mengurangi kemungkinan terjadinya hal tersebut korupsi adaptif, karena menyelesaikan bagian dengan pos transisi keadaan yang tidak validGambar 22: Menerapkan tanda terima segera dan mengembalikan tujuan rantai jika rantai sumber memiliki blok yang tidak valid Gambar 23: Tantangan nelayan di Nightshade periode tantangan yang dibutuhkan musuh adaptif untuk merusak semua peserta yang mempertahankan status pecahan, termasuk semua validators. Memperkirakan kemungkinan kejadian seperti itu sangatlah rumit, karena tidak ada sharded blockchain telah berumur cukup lama untuk mencoba melakukan serangan seperti itu. Kami berpendapat bahwa kemungkinannya, walaupun sangat rendah, masih cukup besar besar untuk sistem yang diharapkan dapat mengeksekusi jutaan transaksi dan menjalankan operasi keuangan di seluruh dunia. Ada dua alasan utama keyakinan ini: 1. Sebagian besar validator rantai Proof-of-Stake dan penambang di
Rantai Proof-of-Work terutama diberi insentif oleh keuntungan finansial. Jika musuh yang adaptif menawarkan mereka lebih banyak uang daripada keuntungan yang diharapkan dari beroperasi dengan jujur, masuk akal untuk mengharapkan banyak validator akan menerima tawaran itu. 2. Banyak entitas melakukan validasi rantai Proof-of-Stake secara profesional, dan diperkirakan akan ada sebagian besar saham di rantai mana pun dari entitas tersebut. Jumlah entitas tersebut cukup kecil untuk sebuah musuh adaptif untuk mengenal sebagian besar dari mereka secara pribadi dan memiliki a pemahaman yang baik tentang kecenderungan mereka untuk dirusak. Kami mengambil satu langkah lebih jauh dalam mengurangi kemungkinan korupsi adaptif dengan menyembunyikan validator yang ditugaskan ke shard mana. Idenya adalah mirip dengan cara Algorand [5] menyembunyikan validators. Penting untuk dicatat bahwa meskipun validator disembunyikan, seperti pada Algorand atau seperti dijelaskan di bawah ini, korupsi adaptif secara teori masih mungkin terjadi. Sementara musuh adaptif tidak mengetahui peserta yang akan membuat atau memvalidasi satu blok atau satu bagian, para peserta sendiri mengetahui bahwa mereka akan tampil tugas seperti itu dan memiliki bukti kriptografiknya. Jadi, musuh bisa menyiarkan niatnya untuk melakukan korupsi, dan membayar kepada siapa saja peserta yang mau memberikan bukti kriptografi seperti itu. Namun kami mencatat, karena musuh tidak melakukannya mengetahui validator yang ditugaskan ke pecahan yang ingin mereka rusak, mereka tidak punya pilihan lain selain menyiarkan niat mereka untuk merusak pecahan tertentu seluruh komunitas. Pada titik ini, hal ini menguntungkan secara ekonomi bagi siapa pun yang jujur peserta untuk memutar node penuh yang memvalidasi pecahan tersebut, karena ada nilai high kemungkinan munculnya blok yang tidak valid di pecahan itu, yang merupakan peluang untuk itu buat tantangan dan kumpulkan hadiah terkait. Untuk tidak mengungkapkan validator yang ditetapkan ke pecahan tertentu, kami melakukannya berikut ini (lihat gambar 24): Menggunakan VRF untuk mendapatkan tugas. Di awal setiap zaman masing-masing validator menggunakan VRF untuk mendapatkan bitmask dari pecahan yang validator ditugaskan. Bitmask setiap validator akan memiliki bit Sw (lihat bagian 3.3 untuk definisinya dari Sw). validator kemudian mengambil status pecahan yang sesuai, dan selama masa untuk setiap blok yang diterima memvalidasi potongan yang sesuai ke pecahan tempat validator ditugaskan. Masuk dalam blok, bukan bongkahan. Karena penetapan pecahan disembunyikan, validator tidak dapat menandatangani pecahan. Sebaliknya, ia selalu memberi tanda secara keseluruhan blok, sehingga tidak mengungkapkan pecahan apa yang divalidasinya. Khususnya, ketika validator menerima sebuah blok dan memvalidasi semua potongan, ia akan membuat pesan yang membuktikan bahwa semua potongan di semua pecahan yang validator ditugaskan adalah valid (tanpa menunjukkan dengan cara apa pun pecahan itu), atau pesan itu berisi bukti transisi keadaan yang tidak valid jika ada bagian yang tidak valid. Lihat bagian 3.8 untuk rincian tentang bagaimana pesan-pesan tersebut dikumpulkan, bagian 3.7.4 untuk detail tentang cara mencegah validators membonceng pesan dari validator lainnya, dan bagian 3.7.5 untuk detail cara memberi penghargaan dan hukuman validators seandainya tantangan transisi keadaan tidak valid yang berhasil benar-benar terjadi.Gambar 24: Menyembunyikan validator di Nightshade 3.7.4 Pengungkapan Komitmen Salah satu masalah umum dengan validators adalah validator dapat melewatkan pengunduhan status dan benar-benar memvalidasi potongan dan blok, dan sebagai gantinya amati jaringannya, lihat apa yang dikirimkan validator lainnya dan ulangi pesan. validator yang mengikuti strategi seperti itu tidak memberikan tambahan apa pun keamanan untuk jaringan, tetapi mengumpulkan hadiah. Solusi umum untuk masalah ini adalah setiap validator memberikan bukti bahwa mereka benar-benar memvalidasi blok tersebut, misalnya dengan memberikan jejak unik penerapan transisi negara, namun bukti-bukti tersebut meningkatkan biaya secara signifikan validasi. Gambar 25: Pengungkapan komitmen
Sebaliknya kita membuat validator pertama yang berkomitmen pada hasil validasi (baik pesan yang membuktikan keabsahan potongan, atau bukti ketidakabsahan transisi keadaan), tunggu selama jangka waktu tertentu, baru kemudian tampilkan hasil validasi sebenarnya, seperti ditunjukkan pada gambar 25. Periode penerapan tidak bersinggungan dengan periode pengungkapan, dan dengan demikian validator yang malas tidak dapat meniru validator yang jujur. Terlebih lagi, jika validator yang tidak jujur berkomitmen pada pesan yang membuktikan hal tersebut validitas potongan yang ditetapkan, dan setidaknya satu potongan tidak valid, jika memang demikian ditunjukkan bahwa potongan tersebut tidak valid, validator tidak dapat menghindari pemotongan, karena, seperti yang kami tunjukkan di bagian 3.7.5, satu-satunya cara agar tidak terpotong dalam situasi seperti ini adalah menyajikan pesan yang berisi bukti transisi keadaan yang tidak valid itu cocok dengan komit. 3.7.5 Menangani tantangan Seperti dibahas di atas, setelah validator menerima blok dengan potongan yang tidak valid, mereka terlebih dahulu menyiapkan bukti transisi keadaan yang tidak sah (lihat bagian 3.7.1), kemudian berkomitmen pada bukti tersebut (lihat 3.7.4), dan setelah beberapa waktu ungkapkan tantangannya. Setelah tantangan yang terungkap dimasukkan ke dalam blok, hal berikut akan terjadi: 1. Semua transisi keadaan yang terjadi dari blok yang berisi potongan tidak valid sampai blok di mana tantangan yang terungkap disertakan, dapatkan dibatalkan. Keadaan sebelum blok yang mencakup tantangan yang terungkap dianggap sama dengan keadaan sebelum blok yang memuatnya potongan yang tidak valid. 2. Dalam jangka waktu tertentu setiap validator harus menampilkan bitmasknya pecahan yang mereka validasi. Karena bitmask dibuat melalui VRF, jika mereka ditugaskan ke pecahan yang memiliki transisi status tidak valid, mereka tidak bisa menghindari pengungkapannya. Setiap validator yang gagal menampilkan bitmask diasumsikan ditugaskan ke beling. 3. Setiap validator yang setelah periode tersebut ditemukan ditugaskan ke pecahan, yang melakukan komit pada beberapa hasil validasi untuk blok yang berisi potongan yang tidak valid dan itu tidak mengungkapkan bukti transisi keadaan yang tidak valid yang sesuai dengan komit mereka dipotong. 4. Setiap validator mendapat tugas pecahan baru, dan periode baru dijadwalkan untuk memulai setelah beberapa waktu yang cukup bagi semua validator untuk mengunduh keadaan, seperti yang ditunjukkan pada gambar 26. Perhatikan bahwa sejak validator mengungkapkan pecahan yang ditugaskan padanya hingga zaman baru dimulai, keamanan sistem berkurang sejak tugas pecahan terungkap. Para peserta jaringan perlu menjaganya diingat saat menggunakan jaringan selama periode tersebut. 3.8 Agregasi Tanda Tangan Agar sistem dengan ratusan pecahan dapat beroperasi dengan aman, kami ingin memilikinya pesanan 10.000 atau lebih validators. Seperti yang dibahas di bagian 3.7, kita menginginkan masing-masingGambar 26: Menangani tantangan validator untuk mempublikasikan rata-rata komit pada pesan dan tanda tangan tertentu sekali per blok. Meskipun pesan komitnya sama, menggabungkan a Menandatangani BLS dan memvalidasinya akan sangat mahal. Tapi tentu saja pesan komit dan pengungkapan tidak sama di validators, dan oleh karena itu kita memerlukan cara untuk menggabungkan pesan-pesan dan tanda tangan tersebut di a cara yang memungkinkan validasi cepat nanti. Pendekatan spesifik yang kami gunakan adalah sebagai berikut: Validator bergabung dengan produsen blok. Produsen blok sudah dikenal beberapa saat sebelum zaman dimulai, karena mereka memerlukan waktu untuk mengunduhnya menyatakan sebelum epoch dimulai, dan tidak seperti validators, produsen bloknya tidak disembunyikan. Setiap produser blok memiliki v validator slot. Validator mengirimkan proposal off-chain kepada produsen blok untuk dimasukkan sebagai salah satu dari v validatordtk. Jika produsen blok ingin memasukkan validator, mereka mengirimkan a transaksi yang berisi permintaan off-chain awal dari validator, dan tanda tangan produser blok yang membuat validator bergabung dengan produser blok. Perhatikan bahwa validator yang ditugaskan ke produsen blok belum tentu memvalidasi pecahan yang sama dengan yang dihasilkan oleh produsen blok. Jika sebuah validator diterapkan untuk bergabung dengan beberapa produsen blok, hanya transaksi dari produsen blok pertama akan berhasil. Produsen blok mengumpulkan komitmen. Produser blok terus-menerus mengumpulkan komit dan mengungkapkan pesan dari validators. Setelah sejumlah pesan tersebut terakumulasi, produsen blok menghitung merekle pohon pesan-pesan ini, dan mengirimkan ke setiap validator root merkle dan jalur merkle ke pesan mereka. validator memvalidasi jalur dan tanda masuk akar merkle. Produser blok kemudian mengumpulkan tanda tangan BLS di root merkle dari validators, dan hanya menerbitkan root merkle dan akumulasi tanda tangan. Produsen blok juga menandatangani keabsahan multisignature menggunakan tanda tangan ECDSA yang murah. Jika multisignature tidak cocok dengan root merkle yang dikirimkan atau bitmask dari validator yang berpartisipasi, ini merupakan perilaku yang dapat disayat. Saat menyinkronkan rantai, seorang peserta dapat memilih untuk memvalidasi semua tanda tangan BLS dari validator (yang sangat mahal karena melibatkan pengumpulan kunci publik validator), atau hanyatanda tangan ECDMA dari produsen blok dan mengandalkan fakta bahwa produsen blok tidak ditantang dan dipangkas. Menggunakan transaksi on-chain dan bukti merkle untuk tantangan. Itu dapat dicatat bahwa tidak ada gunanya mengungkapkan pesan dari validators jika tidak transisi keadaan yang tidak valid terdeteksi. Hanya pesan-pesan yang berisi hal yang sebenarnya bukti transisi negara yang tidak valid perlu diungkapkan, dan hanya untuk pesan-pesan seperti itu perlu ditunjukkan bahwa mereka cocok dengan komitmen sebelumnya. Pesannya perlu diungkapkan untuk dua tujuan: 1. Untuk benar-benar memulai rollback rantai ke momen sebelum transisi keadaan tidak valid (lihat bagian 3.7.5). 2. Untuk membuktikan bahwa validator tidak berusaha membuktikan keabsahan potongan tidak valid. Apa pun kasusnya, kita perlu mengatasi dua masalah: 1. Komit sebenarnya tidak disertakan pada rantai, hanya akar merkle saja komit dikumpulkan dengan pesan lain. validator perlu menggunakan jalur merkle yang disediakan oleh produsen blok dan komitmen awal mereka membuktikan bahwa mereka berkomitmen terhadap tantangan tersebut. 2. Ada kemungkinan bahwa semua validator yang ditugaskan ke beling dengan yang tidak valid transisi negara kebetulan ditugaskan ke produsen blok yang korup itu sedang menyensor mereka. Untuk menyiasatinya, kami mengizinkan mereka mengirimkan pengungkapannya sebagai transaksi reguler on-chain dan melewati agregasi. Yang terakhir ini hanya diperbolehkan untuk bukti transisi negara yang tidak sah, yaitu sangat jarang terjadi, sehingga tidak akan mengakibatkan pemblokiran spam. Masalah terakhir yang perlu diatasi adalah bahwa produsen blok dapat melakukan hal tersebut memilih untuk tidak berpartisipasi dalam pengumpulan pesan atau dengan sengaja menyensor validators tertentu. Kita buat yang tidak menguntungkan secara ekonomi, dengan membuat blok imbalan produser sebanding dengan jumlah validator yang ditugaskan kepada mereka. Kami juga mencatat bahwa karena produsen blok antar zaman sebagian besar berpotongan (sejak selalu menjadi peserta teratas dengan taruhan tertinggi), validator bisa sebagian besar tetap bekerja sama dengan produsen blok yang sama, dan dengan demikian mengurangi risiko ditugaskan ke produser blok yang pernah menyensornya di masa lalu. 3.9 Rantai Snapshot Karena blok pada rantai utama sangat sering diproduksi, pengunduhan sejarah lengkap mungkin menjadi mahal dengan sangat cepat. Apalagi sejak setiap blok berisi tanda tangan BLS dari sejumlah besar peserta, hanya agregasi kunci publik untuk memeriksa tanda tangan mungkin menjadi penghalang mahal juga. Terakhir, karena di masa mendatang Ethereum 1.0 kemungkinan besar akan tetap menjadi satu dari blockchain yang paling banyak digunakan, memiliki cara yang berarti untuk mentransfer aset
Mendekati Ethereum adalah persyaratan, dan hari ini memverifikasi tanda tangan BLS untuk memastikannya Validitas blok dekat pada sisi Ethereum tidak dimungkinkan. Setiap blok di rantai utama Nightshade secara opsional dapat berisi Schnorr multisignature pada header blok terakhir yang menyertakan Schnorr tersebut multitanda tangan. Kami menyebut blok tersebut sebagai blok snapshot. Blok pertama dari setiap zaman harus berupa blok snapshot. Saat mengerjakan multisignature seperti itu, produsen blok juga harus mengumpulkan tanda tangan BLS dari validators pada blok snapshot terakhir, dan menggabungkannya dengan cara yang sama seperti yang dijelaskan dalam bagian 3.8. Karena kumpulan produsen blok konstan sepanjang zaman, maka validasi hanya blok snapshot pertama di setiap epoch yang cukup dengan asumsi bahwa pada no menunjukkan sebagian besar produsen blok dan validator berkolusi dan berkreasi sebuah garpu. Blok pertama dari zaman tersebut harus berisi informasi yang cukup untuk dihitung produsen blok dan validators untuk zaman tersebut. Kami menyebut subrantai dari rantai utama yang hanya berisi snapshot memblokir rantai snapshot. Membuat multisignature Schnorr adalah proses interaktif, tapi sejak kami hanya perlu melakukannya secara jarang, proses apa pun, tidak peduli seberapa tidak efisiennya akan cukup. Multisignature Schnorr dapat dengan mudah divalidasi di Ethereum, sehingga memberikan primitif penting untuk cara yang aman dalam melakukan cross-blockchain komunikasi. Untuk menyinkronkan dengan rantai Dekat, seseorang hanya perlu mengunduh semua snapshot memblokir dan mengonfirmasi bahwa tanda tangan Schnorr sudah benar (opsional juga memverifikasi masing-masing tanda tangan BLS dari validators), dan kemudian hanya menyinkronkan blok rantai utama dari blok snapshot terakhir.
Abschluss
In diesem Dokument haben wir Ansätze zum Erstellen von Shard-blockchains und besprochen deckte mit bestehenden Ansätzen zwei große Herausforderungen ab, nämlich die Zustandsvalidität und Datenverfügbarkeit. Anschließend präsentierten wir Nightshade, ein Sharding-Design Befugnisse NEAR Protokoll. Der Entwurf ist in Arbeit. Wenn Sie Kommentare, Fragen oder Feedback haben Zu diesem Dokument gehen Sie bitte zu https://near.chat.
Kesimpulan
Dalam dokumen ini kita membahas pendekatan untuk membangun blockchains dan mencakup dua tantangan besar dengan pendekatan yang ada, yaitu validitas negara dan ketersediaan data. Kami kemudian menghadirkan Nightshade, desain sharding itu kekuasaan NEAR Protokol. Desain sedang dalam proses, jika Anda memiliki komentar, pertanyaan, atau masukan pada dokumen ini, silakan buka https://near.chat.