V神原文詳解：通過及時性檢測器（TD）解決區塊鏈的51%攻擊問題_VIT

注：原文作者是以太坊聯合創始人VitalikButerin，在這篇文章中，他提出了一種稱為及時性檢測器的構造，以試圖解決51%攻擊的問題。

以下為譯文：

摘要

我提出了一種基于Lamport99%容錯共識的構造，并稱之為及時性檢測器。及時性檢測器允許在線客戶端在保證正確性和一致性的情況下，檢測區塊是否是“準時”發布的。

在發生51%攻擊的情況下，這允許至少一部分在線客戶端就是否發生了“足夠糟糕”的51%攻擊達成一致，以及確定什么是“正確”的鏈，甚至有可能確定哪些驗證者要對攻擊負責。這降低了51%攻擊造成混亂的能力，加快了從攻擊中恢復的時間，同時也潛在地增加了成功攻擊的成本。

及時性檢測器

及時性檢測器最基本的結構如下。對于客戶端收到的每個數據塊，客戶端都會維護一個“是否是及時”的依據，它會說明客戶端是否認為區塊是“準時”收到的。其目的是在51%攻擊中嘗試區分攻擊鏈和“正確”鏈：

V神、孫宇晨支持的生命科學組織VitaDAO擬設營利性公司推動長壽技術發展:4月6日消息，由以太坊創始人“V神”支持創立的生命科學研究去中心化組織VitaDAO在推特宣布，正在投票決定是否創建一家營利性公司來確保和分配長壽研究的資金。該公司將命名為 VitaTech，作為 VitaDAO 的子公司/附屬公司運營，它將利用公共資金來授權美國大學開發的長壽技術，并支持它們的持續發展。除V神外，波場TRON創始人孫宇晨此前也曾大力支持VitaDAO的發展。

今年1月，VitaDAO宣布完成410 萬美元融資，融資方包括Coinbase的前首席技術官 Balaji Srinivasan、全球最大的藥企輝瑞的投資部門 Pfizer Ventures，這也是輝瑞在 Web3 領域的首筆投資。VitaDAO 表示將會利用這筆資金進一步資助長壽研究項目和將于明年從DAO中剝離出來的生物技術初創公司。

去年10月，孫宇晨向VitaDAO旗下“長壽獎基金”進行捐款，孫宇晨也因此次捐贈成為“長壽獎基金”的第二大捐贈者，僅次于以太坊創始人V神。[2023/4/6 13:47:30]

V神發文支持比特幣最大主義：比特幣是值得持有的強大資產:金色財經報道，4月1日，V神（Vitalik Buterin）發布文章《為比特幣最大主義辯護》（In Defense of Bitcoin Maximalism）支持比特幣最大主義，他表示，我們生活在一個危險的世界里，保護自由是一件嚴肅的事情，區塊鏈的核心是一種安全技術——一種從根本上保護人們并幫助他們在如此不友好的世界中生存的技術。

比特幣有兩個關鍵要素出色地完成這項任務：(i)強大且可防御的技術堆棧（1 MB塊大小、2100萬代幣總供給和簡單的中本聰PoW共識機制）和(ii)強大且可防御的文化（不妥協、堅定的最大主義文化）。

像比特幣這樣的加密資產具有真正的文化和結構優勢，使其成為值得持有和使用的強大資產。貨幣不僅僅是區塊鏈的“第一個應用程序”，還是迄今為止最成功的一個。到目前為止，加密貨幣最成功的是存儲財富和支付。[2022/4/2 14:00:11]

我們的模型很簡單：每個區塊B都有一個自我聲明的時間戳t。然后有一個共同商定的同步約束δ。最簡單的時間檢測器是：如果你在時間t+δ之前接收到區塊B，那么你認為該區塊就是及時的，如果你在時間t+δ之后收到它，那你就不會認為它是及時的。但這并不能達成一致：

V神：即使擴容問題不再那么重要 但PoS仍很重要:7月22日，有推特網友稱，以太坊Gas費上漲現象已經無處不在了，盡管有開發人員稱以太坊信標鏈將于11月份推出，但仍需要幾年時間才能徹底解決問題。也有網友表示，以太坊Layer 2擴容協議，如Optimistic Rollups、zk-rollup已經做得不錯了，也許并不需要ETH 2.0了。對此，V神回應稱，即使擴容不再那么重要，但PoS還是很重要的。[2020/7/22]

我們通過下面的方式解決這個問題。對于每個區塊，我們隨機選擇N個“證明者”樣本。每個證明者都遵循以下規則：如果他們看到一個帶有時間戳t的區塊B在時間t+（2k+1)δ之前有來自k個證明者的簽名，他們就用自己的簽名進行重新廣播。而客戶端遵循的規則則是：如果它們在時間t+2kδ之前看到一個帶有時間戳t的區塊B，以及來自k個證明者的簽名，那么它們會及時接受它。如果它們看到區塊B，但它永遠不滿足這個條件，則客戶端就認為區塊B是不及時的。

V神：ETH 1中的缺陷現在必須花費數年時間來解決:金色財經報道，以太坊創始人V神發推文稱，他最大的遺憾不是在2015年7月而非2014年9月啟動了以太坊。而是有關eth 1中那些我們現在必須花費數年時間來解決的缺陷，包括十六進制樹、RLP、Gas成本等。V神稱，現在做得更好，的確可以在數十年內獲得回報。[2020/5/16]

讓我們看看，當只有一個客戶端認為某個區塊B是及時的，但其它客戶端最初可能因為延遲差異，而不認為它是及時時，會發生什么。我們首先假設有一個誠實的證明者。

這張圖展示了所發生事情背后的基本原理。如果客戶端在截止時間T之前看到一個區塊，那么該區塊將在證明者截止時間T+δ之前落入證明者的手中，并且證明者將添加他們的簽名，并且他們將在時間T+δ之前重新廣播它，保證其他節點在T+2δ前看到有簽名的區塊。關鍵的機制是一個附加簽名以延遲截止時間的能力。

現在，讓我們考慮n?1個非誠實證明者以及1個誠實證明者的情況。如果客戶端看到一個帶有k個簽名的及時區塊，則有兩種可能：

V神：盡管不同意DPoS 但因EOS相關工作對其保持尊重:以太坊創始人V神剛剛連發三條推文稱，如果要設計一條與比特幣和以太坊共存的新鏈，那么他將會承擔BTC和ETH所有沒有采取的權衡。如：不只是針對價格，而是針對任意事件的鏈上預言機服務；所有內置加密操作等。也許甚至是一種身份的鏈上模型，至少對于那些想要參與治理的參與者來說是這樣的（非治理參與者仍然保持匿名）。但是要比現有的項目做得更聰明。V神稱，這就是為什么實際上他尊重EOS和相關公司。盡管并不同意DPoS，但至少他們正試圖開發一個有凝聚力和原則性的替代利基市場。[2020/5/15]

這k個簽名當中，有一個是誠實的；

這k個簽名當中，沒有一個是誠實的；

在情況中，我們知道該證明者是誠實的，因此證明者在時間T+(2j?1)δ之前廣播了帶有j≤k個簽名的區塊B，這意味著每個客戶端在時間T+2jδ之前都看到了該bundle，所以每個客戶端都接受區塊B作為當前區塊。

而在情況中，我們知道誠實的證明者將在時間T+δ之前看到該bundle，因此它們將用自己的簽名重新廣播該它，并且所有其它客戶端將在k+1簽名截止時間T+δ之前看到該擴展bundle。

因此，現在我們有了一個“及時性檢測器”，客戶端可以使用它來跟蹤哪些區塊是“準時”的，哪些區塊是“不準時”的，以及在什么時候，所有延遲小于δ的客戶端都會同意哪些區塊是準時的。

最簡單的區塊鏈架構

為了決定誰可以提出提議，誰可以在任何slot證明區塊的目標。我們可以這樣定義一個“99%容錯區塊鏈”：要確定當前狀態，只需按照它們自己聲明的時間戳順序處理所有及時的區塊。

這實際上是可行的，并且在它自己的假設下給出了一個相當簡單的區塊鏈架構！唯一的問題是：一切都建立在假設所有客戶端都將在線，并且網絡永遠不會被中斷的基礎上。因此，要使其安全地工作，可能需要一周或更長的區塊時間，而這實際上是一個“輔助鏈”的合理架構，它可以跟蹤驗證者的存款、提款以及罰沒情況，例如，來防止長期的51%攻擊。但我們不希望把這種架構應用到主鏈。

更合理的選擇

然而，在這篇文章中，我們將重點關注滿足一組較弱安全性假設的系統架構。即如果以下兩個假設中的任何一個是真的，那么它們就是好的：網絡延遲很低，包括驗證者和客戶端之間的網絡延遲，以及大多數驗證者是誠實的。首先，讓我們回到一個模型，在這個模型中，我們有帶有一些分叉選擇規則的區塊鏈，而不僅僅是離散的區塊。我們將通過我們最喜歡的兩個終局性分叉選擇規則例子，FFG和(ii)LMDGHOST。

對于FFG，我們將該分叉選擇規則擴展如下。從創始區塊開始，每當你看到兩個子鏈都已完成的區塊時，請選擇lower-epoch及時完成區塊的鏈。然后從那開始繼續按以前的方式前進。一般來說，在兩種情況下，只會有兩個沖突的最終鏈：33%的攻擊，以及許多節點離線導致長期運行的inactivityleak。

情況：

情況，option?1：

情況，option?2：

因此，在所有情況下，至少過了某個時間點后，我們都可以防止51%攻擊破壞最終性。還要注意，上面的圖有點誤導性。我們關心的不是完成區塊的時間線，而是區塊的及時性，其中包括證明該區塊已最終確定的證據。

對于有時會離線的客戶端而言，只要沒有51%攻擊，這不會改變任何事情：如果鏈沒有受到攻擊，那么規范鏈中的區塊將是及時的，因此最終確定的區塊將始終是及時的。

而可能導致風險增加的主要情況是，客戶端具有高延遲，卻沒有意識到它們具有高延遲。它們可能會把及時區塊視為非及時區塊，或者把非及時區塊視為及時區塊。該機制的目標是，如果非及時性依賴分叉選擇和及時性依賴分叉選擇是不一致的，就應該通知用戶，以便他們能夠驗證正在發生的事情。不應指示他們盲目接受依賴及時性分叉選擇作為規范。

在處理審查問題時，我們還可以使用及時性檢測器來自動檢測和阻止審查。這很簡單：如果具有自聲明時間t的區塊B是及時的，那么在時間t+(2k+2)δ之前不包含該區塊的任何鏈都會自動被判定為非規范鏈。這確保審查區塊超過δ的鏈將被客戶端自動拒絕。

在這里使用及時性檢測器的主要好處是，它可以在審查“過多”的情況下形成共識，避免“邊緣攻擊”的風險，這些“邊緣攻擊”被故意設計成對某些用戶而言是足夠糟糕的，從而導致社區浪費時間和精力來爭論是否分叉審查鏈。

注意，這需要一個叔塊包含機制，而當前以太坊2.0是沒有的。此外，它還需要一種機制來執行叔塊內部的交易，這樣審查阻力就能擴展到交易，而不僅僅是區塊的原始體。這需要和無狀態客戶端很好地協作。

另一個問題是，需要小心處理許多區塊被發布并獲得及時性狀態的可能性。這可能是由于發布延遲，或者是由于一個提議者惡意地在同一slot中發布多個區塊造成的。前者可以通過修改的規則處理，其中區塊必須包括所有時間早于δ的及時區塊或最大允許數叔塊。

而后者可以通過這樣一個規則處理：如果包括來自特定slot的一個區塊，則可以有效地忽略來自該slot的所有其他區塊。

請注意，在Casper-CBC框架中，對包含非及時性或審查性區塊的鏈進行審查預防和取消優先級操作，足以提供與上述FFG框架相同的終局性保證。

面臨的挑戰及任務

想出最好的方式，用非技術的語言向用戶解釋，在及時性意識和非及時性意識分叉選擇規則不一致的情況下發生了什么，以及他們應該如何應對這種情況；

分析系統在延遲有時高于δ，或延遲總是潛在高于δ情況下，且我們有假設下的行為。查看是否有方法修改規則以提高這些場景中的性能；

分析實現這些屬性，同時不需要包括新證明的方法，相反，只需要重用現有證明；

確定是否對基于“簡單”最長鏈分叉選擇規則進行了一些小的修改，使它們能夠從及時性檢測器中獲益，從而獲得某種終局性。

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