Dasar-dasar Berbagi

Mari kita mulai dengan pendekatan sharding yang paling sederhana. Dalam pendekatan ini, bukan menjalankan satu blockchain, kita akan menjalankan beberapa, dan memanggil masing-masing blockchain a "pecahan". Setiap pecahan akan memiliki kumpulan validatornya sendiri. Di sini dan di bawah kami menggunakan istilah umum “validator” untuk merujuk pada peserta yang memverifikasi transaksi dan menghasilkan blok, baik dengan menambang, seperti di Proof of Work, atau melalui pemungutan suara 1Bagian ini sebelumnya diterbitkan pada https://near.ai/shard1. Jika Anda pernah membacanya sebelumnya, lewati ke bagian berikutnya.

mekanisme. Untuk saat ini mari kita asumsikan bahwa pecahan tidak pernah berkomunikasi satu sama lain lainnya. Desain ini, meskipun sederhana, cukup untuk menguraikan beberapa tantangan besar awal dalam sharding. 1.1 Partisi validator dan rantai Beacon Katakanlah sistem terdiri dari 10 pecahan. Tantangan pertama adalah tantangan masing-masing shard memiliki validator sendiri, setiap shard kini 10 kali lebih aman dibandingkan seluruh rantai. Jadi jika rantai non-sharded dengan X validators memutuskan untuk melakukan hard-fork menjadi rantai pecahan, dan membagi X validator menjadi 10 pecahan, masing-masing pecahan sekarang hanya memiliki X/10 validators, dan merusak satu pecahan hanya memerlukan kerusakan 5,1% (51% / 10) dari jumlah total validators (lihat gambar 1), Gambar 1: Membagi validator menjadi pecahan yang membawa kita ke poin kedua: siapa yang memilih validator untuk setiap pecahan? Mengontrol 5,1% dari validator hanya akan merugikan jika 5,1% dari validator tersebut semuanya berada di pecahan yang sama. Jika validators tidak dapat memilih pecahan mana yang akan divalidasi di, peserta yang menguasai 5,1% dari validator sangat kecil kemungkinannya untuk mendapatkan semuanya validator mereka di pecahan yang sama, sangat mengurangi kemampuan mereka untuk berkompromi sistem. Hampir semua desain sharding saat ini bergantung pada sumber keacakan tetapkan validators ke pecahan. Keacakan pada blockchain sendiri merupakan topik yang sangat menantang dan berada di luar cakupan dokumen ini. Untuk saat ini mari kita asumsikan ada beberapa sumber keacakan yang bisa kita gunakan. Kami akan membahas tugas validator di lebih detail di bagian 2.1. Baik keacakan maupun penugasan validator memerlukan perhitungan yang tidak memerlukan perhitungan khusus untuk pecahan tertentu. Untuk perhitungan itu, praktis semuanya ada desain memiliki blockchain terpisah yang bertugas melakukan operasi diperlukan untuk pemeliharaan seluruh jaringan. Selain menghasilkan secara acakangka dan menugaskan validator ke pecahan, operasi ini juga sering terjadi termasuk menerima pembaruan dari pecahan dan mengambil cuplikannya, serta memprosesnya taruhan dan pemotongan dalam sistem Proof-of-Stake, dan menyeimbangkan kembali pecahan saat itu fitur didukung. Rantai seperti itu disebut rantai Beacon di Ethereum, Relay rantai di PolkaDot, dan Hub Cosmos di Cosmos. Sepanjang dokumen ini kami akan menyebut rantai tersebut sebagai rantai Beacon. Keberadaan rantai Beacon membawa kita ke topik menarik berikutnya, yaitu pecahan kuadrat. 1.2 Pecahan kuadrat Sharding sering kali diiklankan sebagai solusi yang berskala tanpa batas dengan jumlah yang ada node yang berpartisipasi dalam operasi jaringan. Meskipun secara teori mungkin saja demikian rancang solusi sharding seperti itu, solusi apa pun yang memiliki konsep Beacon rantai tidak memiliki skalabilitas yang tak terbatas. Untuk memahami alasannya, perhatikan Beacon itu rantai harus melakukan beberapa perhitungan pembukuan, seperti menugaskan validators ke pecahan, atau memotret blok rantai pecahan, yang sebanding dengan jumlahnya pecahan dalam sistem. Karena rantai Beacon itu sendiri merupakan blockchain tunggal, dengan komputasi dibatasi oleh kemampuan komputasi node yang mengoperasikannya, jumlah pecahan secara alami terbatas. Namun, struktur jaringan sharding memang memberikan perkalian berpengaruh pada perbaikan apa pun pada nodenya. Pertimbangkan kasus yang bersifat sewenang-wenang perbaikan dilakukan pada efisiensi node dalam jaringan yang memungkinkan mereka waktu pemrosesan transaksi lebih cepat. Jika node yang mengoperasikan jaringan, termasuk node dalam rantai Beacon, menjadi empat kali lebih cepat, maka setiap pecahan akan mampu diproses empat kali lebih banyak transaksi, dan rantai Beacon akan mampu mempertahankan pecahan 4 kali lebih banyak. Throughput di seluruh sistem akan meningkat dengan faktor 4 × 4 = 16 — demikianlah namanya sharding kuadrat. Sulit untuk memberikan pengukuran yang akurat mengenai berapa banyak pecahannya dapat dilakukan saat ini, namun kecil kemungkinannya untuk mencapai throughput di masa mendatang kebutuhan blockchain pengguna akan melampaui keterbatasan sharding kuadrat. Banyaknya node yang diperlukan untuk mengoperasikan pecahan sebanyak itu dengan aman kemungkinan besarnya lebih tinggi dari jumlah node yang beroperasi secara keseluruhan blockchain digabungkan hari ini. 1.3 Pecahan negara Sampai saat ini kita belum dapat mendefinisikan dengan baik apa sebenarnya yang bisa dipisahkan dan apa yang tidak ketika jaringan dibagi menjadi pecahan. Secara khusus, node di blockchain melakukan tiga tugas penting: mereka tidak hanya 1) memproses transaksi, mereka juga juga 2) menyampaikan transaksi yang divalidasi dan menyelesaikan blok ke node lain dan 3) menyimpan keadaan dan sejarah seluruh buku besar jaringan. Masing-masing dari ketiganya tugas-tugas ini membebankan kebutuhan yang semakin besar pada node-node yang mengoperasikan jaringan:1. Kebutuhan untuk memproses transaksi memerlukan daya komputasi yang lebih besar peningkatan jumlah transaksi yang diproses; 2. Kebutuhan untuk merelay transaksi dan memblokir memerlukan lebih banyak bandwidth jaringan seiring dengan meningkatnya jumlah transaksi yang direlai; 3. Kebutuhan untuk menyimpan data memerlukan lebih banyak penyimpanan seiring dengan pertumbuhan negara. Yang penting, tidak seperti kekuatan pemrosesan dan jaringan, kebutuhan penyimpanan bertambah meskipun tingkat transaksi (jumlah transaksi yang diproses per detik) tetap konstan. Dari daftar di atas mungkin tampak bahwa kebutuhan penyimpanannya adalah yang paling mendesak, karena ini adalah satu-satunya hal yang terus meningkat seiring berjalannya waktu walaupun jumlah transaksi per detiknya tidak berubah, namun dalam praktiknya persyaratan paling mendesak saat ini adalah kekuatan komputasi. Seluruh negara bagian Ethereum pada tulisan ini adalah 100GB, mudah dikelola oleh sebagian besar node. Namun jumlah transaksi yang dapat diproses Ethereum adalah sekitar 20 pesanan besarnya kurang dari apa yang dibutuhkan untuk banyak kasus penggunaan praktis. Zilliqa adalah proyek paling terkenal yang memproses pecahan tetapi tidak menyimpan. Sharding pemrosesan adalah masalah yang lebih mudah karena setiap node memiliki keseluruhannya menyatakan, artinya kontrak dapat dengan bebas meminta kontrak lain dan membaca data apa pun dari blockchain. Diperlukan rekayasa yang cermat untuk memastikan pembaruan dari beberapa pecahan yang memperbarui bagian negara yang sama tidak bertentangan. Di dalam hal ini Zilliqa mengambil pendekatan yang relatif sederhana2. Meskipun sharding penyimpanan tanpa sharding pemrosesan telah diusulkan, namun memang demikian sangat jarang. Jadi dalam praktiknya sharding penyimpanan, atau State Sharding, hampir selalu menyiratkan sharding pemrosesan dan sharding jaringan. Praktisnya, di bawah State Sharding, node di setiap shard membangunnya sendiri memiliki blockchain yang berisi transaksi yang hanya mempengaruhi bagian lokal dari keadaan global yang ditugaskan ke pecahan itu. Oleh karena itu, validators di shard hanya perlu menyimpan bagian lokalnya dari status global dan hanya mengeksekusi, dan dengan demikian hanya relay, transaksi yang mempengaruhi bagian negara mereka. Ini partisi secara linear mengurangi kebutuhan pada semua daya komputasi, penyimpanan, dan bandwidth jaringan, namun menimbulkan masalah baru, seperti ketersediaan data dan transaksi lintas pecahan, keduanya akan kami bahas di bawah. 1.4 Transaksi lintas pecahan Model sharding yang kami jelaskan sejauh ini tidak terlalu berguna, karena bersifat individual pecahan tidak dapat berkomunikasi satu sama lain, mereka tidak lebih baik dari banyak mandiri blockchains. Bahkan saat ini, ketika sharding tidak tersedia, ada a permintaan besar untuk interoperabilitas antara berbagai blockchains. Untuk saat ini, mari kita pertimbangkan transaksi pembayaran sederhana saja, di mana setiap peserta memiliki akun tepat pada satu shard. Jika seseorang ingin mentransfer uang dari 2Analisis kami mengenai pendekatan mereka dapat ditemukan di sini: https://medium.com/nearprotocol/ 8f9efae0ce3bsatu akun ke akun lain dalam shard yang sama, transaksi dapat diproses seluruhnya dengan validator di pecahan itu. Namun, jika Alice berada di beling

1 ingin mengirim uang kepada Bob yang berada di pecahan #2, tidak juga validators

pada pecahan #1 (mereka tidak akan dapat mengkredit akun Bob) atau validator pada pecahan #2 (mereka tidak akan bisa mendebit rekening Alice) dapat memproses keseluruhannya transaksi. Ada dua kelompok pendekatan untuk transaksi lintas pecahan: • Sinkron: setiap kali transaksi lintas pecahan perlu dijalankan, blok dalam beberapa pecahan yang berisi transisi keadaan terkait dengan semua transaksi diproduksi secara bersamaan, dan validator dari beberapa pecahan berkolaborasi dalam mengeksekusi transaksi tersebut.3 • Asynchronous: transaksi lintas shard yang memengaruhi banyak shard dieksekusi dalam pecahan tersebut secara asinkron, pecahan “Kredit” dijalankan setengahnya setelah memiliki cukup bukti bahwa pecahan “Debit” telah melaksanakan bagiannya. Pendekatan ini cenderung lebih lazim karena sifatnya kesederhanaan dan kemudahan koordinasi. Sistem ini saat ini diusulkan di Cosmos, Ethereum Serenity, Near, Kadena, dan lainnya. Ada masalah dengan ini Pendekatannya terletak pada bahwa jika blok diproduksi secara independen, ada kemungkinan bukan nol bahwa salah satu dari beberapa blok akan menjadi yatim piatu, sehingga membuat transaksi hanya diterapkan sebagian. Perhatikan gambar 2 yang menggambarkan dua pecahan yang keduanya mengalami fork, dan transaksi lintas pecahan yang dicatat di blok A dan X’ secara berurutan. Jika rantai A-B dan V'-X'-Y'-Z' menjadi kanonik di pecahan yang sesuai, yaitu transaksi telah selesai sepenuhnya. Jika A’-B’-C’-D’ dan V-X menjadi kanonik, maka transaksi tersebut sepenuhnya ditinggalkan, yang dapat diterima. Tapi jika, untuk Misalnya, A-B dan V-X menjadi kanonik, lalu satu bagian transaksi diselesaikan dan satu lagi ditinggalkan, sehingga menimbulkan kegagalan atomisitas. Kami akan membahas bagaimana masalah ini diatasi dalam protokol yang diusulkan di bagian kedua, ketika membahas perubahan pada aturan pilihan fork dan konsensus algoritma yang diusulkan untuk protokol sharded. Perhatikan bahwa komunikasi antar rantai berguna di luar blockchains yang dipecah juga. Interoperabilitas antar rantai adalah masalah kompleks yang banyak diproyeksikan sedang mencoba menyelesaikannya. Di blockchains yang dipecah, masalahnya menjadi lebih mudah struktur blok dan konsensusnya sama di seluruh shard, dan terdapat rantai suar yang dapat digunakan untuk koordinasi. Namun, dalam blockchain yang dipecah, semua rantai pecahannya sama, sedangkan di ekosistem global blockchains ada Ada banyak blockchain yang berbeda, dengan kasus penggunaan target yang berbeda, desentralisasi dan jaminan privasi. Membangun sistem di mana sekumpulan rantai memiliki sifat yang berbeda tetapi menggunakan konsensus dan struktur blok yang cukup mirip serta memiliki rantai suar yang sama dapat memungkinkan terciptanya ekosistem blockchain heterogen yang memiliki 3Itu paling rinci usulan diketahui untuk itu penulis dari ini dokumen adalah Gabungkan Blok, dijelaskan di sini: https://ethresear.ch/t/ gabung-blok-dan-sinkronisasi-lintas-pecahan-eksekusi/1240Gambar 2: Transaksi lintas pecahan asinkron subsistem interoperabilitas yang berfungsi. Sistem seperti ini kemungkinan tidak menampilkan rotasi validator, sehingga beberapa tindakan tambahan perlu diambil untuk memastikan keamanan. Keduanya Cosmos dan PolkaDot adalah sistem yang efektif4 1.5 Perilaku berbahaya Di bagian ini kami akan meninjau perilaku permusuhan apa yang dapat menyebabkan validators berbahaya latihan jika mereka berhasil merusak pecahan. Kami akan meninjau pendekatan klasik untuk menghindari kerusakan pecahan di bagian 2.1. 1.5.1 Garpu berbahaya Sekumpulan validator yang berbahaya mungkin mencoba membuat fork. Perhatikan bahwa tidak masalah apakah konsensus yang mendasarinya adalah BFT atau tidak, akan merusak jumlah yang cukup dari validators akan selalu memungkinkan untuk membuat garpu. Secara signifikan lebih mungkin terjadi kerusakan pada lebih dari 50% satu shard, dibandingkan lebih dari 50% keseluruhan jaringan yang rusak (kita akan selami lebih dalam probabilitas ini di bagian 2.1). Seperti yang dibahas di bagian 1.4, transaksi lintas pecahan melibatkan perubahan keadaan tertentu di beberapa pecahan, dan blok yang sesuai dalam pecahan tersebut yang menerapkan perubahan status tersebut harus baik semuanya sudah diselesaikan (yaitu muncul di rantai yang dipilih pada rantai yang sesuai pecahan), atau semuanya menjadi yatim piatu (yaitu tidak muncul dalam rantai yang dipilih pada pecahan yang sesuai). Karena umumnya kemungkinan pecahannya rusak 4Lihat artikel ini oleh Zaki Manian dari Cosmos: https://forum.cosmos.network/ t/polkadot-vs-cosmos/1397/2 dan tweet-storm ini oleh penulis pertama dokumen ini: https://twitter.com/AlexSkidanov/status/1129511266660126720 untuk perbandingan detail dari keduanya

tidak dapat diabaikan, kita tidak dapat berasumsi bahwa percabangan tidak akan terjadi bahkan jika konsensus Bizantium tercapai di antara validator pecahan, atau banyak blok yang dihancurkan diproduksi di atas blok dengan perubahan keadaan. Masalah ini memiliki banyak solusi, solusi yang paling umum adalah solusi sesekali tautan silang blok rantai pecahan terbaru ke rantai suar. Garpu aturan pilihan dalam rantai pecahan kemudian diubah untuk selalu memilih rantai yang ada terhubung silang, dan hanya menerapkan aturan pilihan garpu khusus pecahan untuk blok yang ada diterbitkan sejak cross-link terakhir. 1.5.2 Menyetujui blok yang tidak valid Sekumpulan validator mungkin mencoba membuat blok yang menerapkan fungsi transisi status secara tidak benar. Misalnya, dimulai dengan keadaan dimana Alice memiliki 10 tokens dan Bob memiliki 0 tokens, blok tersebut mungkin berisi transaksi yang mengirimkan 10 token dari Alice ke Bob, tetapi berakhir dengan keadaan di mana Alice memiliki 0 tokens dan Bob memiliki 1000 tokens, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3. Gambar 3: Contoh blok yang tidak valid Dalam blockchain non-sharded klasik, serangan seperti itu tidak mungkin dilakukan, karena semuanya peserta dalam jaringan memvalidasi semua blok, dan blok dengan itu transisi keadaan yang tidak valid akan ditolak oleh produsen blok lainnya, dan peserta jaringan yang tidak membuat blok. Sekalipun itu jahat validators terus membuat blok di atas blok yang tidak valid tersebut lebih cepat dari validators yang jujur membangun rantai yang benar, sehingga memiliki rantai dengan yang tidak valid blok menjadi lebih panjang, tidak masalah, karena setiap peserta yang menggunakan blockchain untuk tujuan apa pun memvalidasi semua blok, dan membuang semua blok dibangun di atas blok yang tidak valid. Pada gambar 4 ada lima validator, tiga di antaranya berbahaya. Mereka membuat blok A' yang tidak valid, dan kemudian melanjutkan pembuatan blok baru di atasnya itu. Dua validator yang jujur ​​membuang A' karena tidak valid dan dibangun di atasnyaGambar 4: Mencoba membuat blok yang tidak valid di blockchain yang tidak di-shard dari blok valid terakhir yang mereka ketahui, menciptakan garpu. Karena jumlahnya lebih sedikit validator berada di garpu yang jujur, rantainya lebih pendek. Namun, dalam blockchain nonsharded klasik, setiap peserta yang menggunakan blockchain untuk tujuan apa pun adalah bertanggung jawab untuk memvalidasi semua blok yang mereka terima dan menghitung ulang statusnya. Jadi siapa pun yang berkepentingan dengan blockchain akan mengamati bahwa A' tidak valid, dan dengan demikian segera membuang B', C' dan D', sehingga mengambil rantai A-B sebagai rantai valid terpanjang saat ini. Namun, dalam blockchain shard, tidak ada peserta yang dapat memvalidasi semua transaksi di semua shard, jadi mereka perlu memiliki cara untuk mengonfirmasinya kapan pun titik dalam riwayat pecahan apa pun dari blockchain tidak ada blok yang tidak valid yang disertakan. Perhatikan bahwa tidak seperti fork, tautan silang ke rantai Beacon bukanlah solusi yang memadai, karena rantai Beacon tidak memiliki kapasitas untuk memvalidasi blok. Itu hanya dapat memvalidasi bahwa jumlah validator yang cukup dalam pecahan itu menandatangani blok tersebut (dan dengan demikian membuktikan kebenarannya). Kami akan membahas solusi untuk masalah ini di bagian 2.2 di bawah.

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 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.

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.