SLOT:以太合并進入倒計時：PoS中分叉規則的安全替代品

本年度最大的敘事以太坊合并已經進入倒計時，究竟能不能成功我們拭目以待，那么合并后的以太坊真的有所提升嗎？

合并：從工作量證明到權益證明

以太坊即將從工作量證明(PoW)過渡到權益證明(PoS)，這是多年研究和開發的結晶。雖然PoS帶來了許多潛在的優勢，但這也意味著以太坊正在放棄中本聰最"長情"的協議——當然也是最簡單、最優雅的共識協議之一，并且已經經過去中心化區塊鏈的實戰考驗

以太坊PoS共識協議中，一個眾所周知的脆弱組件已被證明是“LMDGHOST”選擇分叉規則，最近發生了多次攻擊和打補丁，其安全性仍未得到證明

它是PoS以太坊中LMDGHOST選擇分叉規則可證明的、安全的替代品。我們認為這只是朝著更嚴格的協議設計和分析邁出的第一步，目的是加強以太坊的安全性

以太坊L2總鎖倉量漲至105億美元，zkSyncEra接近2.5億美元:金色財經報道，據L2BEAT數據顯示，當前以太坊L2總鎖倉量為105.1億美元，7日漲幅14.92%。其中，鎖倉量前五分別為：Arbitrum One（70.3億美元，7日漲幅16.69%）；Optimism（21.4億美元，7日漲幅9.3%）；dYdX（3.72億美元，7日漲幅6.7%）；zkSyncEra（2.42億美元，7日漲幅54.39%）；Immutable X（1.44億美元，7日漲幅14.19%）。[2023/4/15 14:05:27]

以太坊的權益證明協議

以太坊的權益證明(PoS)共識協議比PoW復雜得多

它實際上是兩種不同共識協議的組合：一個“finalitygadget”，在6.4分鐘長的epoch后最終確定區塊，以及在每個epoch內管理鏈的選擇分叉規則fork-choicerule。這兩個組件以復雜的方式相互交互，下面用框圖進行描述：

Circle在以太坊網絡增發近3800萬枚USDC:Whale Alert數據顯示，Circle在以太坊網絡增發37698382枚USDC。增發哈希為：0x90322438f68c911c9a971573c3c82466ea316b9b37e1973bbcb328db139ec8fd。[2020/12/27 16:39:17]

LMDGHOST指導區塊生產過程，并以12秒的時間Slot和驗證者的子抽樣組合運行。因此，它可以被認為是在PoS以太坊區塊獎勵前負責較弱的“短期共識”。一旦就交易賬本達成短期共識，它就會被移交給CasperFFG進行額外的加固，它在包含32個插槽=6.4分鐘的時間尺度上運行，并涉及完整的驗證器集。因此，CasperFFG負責提供更強大的“長期共識”，提供最終性和負責任的安全性

不幸的是，這種復雜性伴隨著挑戰。特別是，LMDGHOST組件，以及LMDGHOST和CasperFFG之間的交互，都存在反反復復的攻擊、打補丁。目前為Merge采用的協議既沒有公開的攻擊，也沒有正式的安全分析/證明

以太坊上DeFi協議總鎖倉量突破150億美元:據歐科云鏈OKLink數據顯示，截至今日11時，以太坊上DeFi協議總鎖倉量約合154.6億美元。排名前三的分別是Uniswap V2 33億美元（+2.31%），Maker 22.9億美元（+4.17%）以及WBTC 19.1億美元（+0.32%）。近期Uniswap、Maker、Compound等DeFi項目的鎖倉量均保持穩步上升的趨勢，鎖倉金額創下近期新高。[2020/11/11 12:17:04]

缺乏安全證明是令人擔憂的原因，但并不是因為簡單學術模型中的證明必然完美地表明現實世界的安全性。相反，即使在簡化模型中，我們也無法最終解釋為什么這個協議是安全的，這表明我們實際上并不了解協議，或者它們的后果和交互的全部范圍

PoS以太坊的LMDGHOST分叉選擇規則的替代品。該協議稱為Goldfish，類似于LMDGHOST，但帶有安全證明

動態 | 以太坊未確認交易35824筆:據Etherscan.io數據顯示，以太坊未確認交易35824筆。當前挖礦難度2367.34 TH，交易處理能力6.1 TPS。截至目前以太坊全球均價為192.02美元，最近24小時漲幅為6.28%。[2019/10/10]

為了更好地理解Goldfish，讓我們先預覽下LMDGHOST的大致工作原理：

假設我們的簡化網絡模型中消息引起的最大延遲為已知值A。在LMDGHOST中，相似步驟得到的值為2A。對于每個間隙，從完整的驗證者集中隨機選擇一個提議者和一個小的驗證者委員會。在每個slot開始時，slot的提議者運行LMDGHOST分叉選擇規則以確定規范的區塊鏈獎勵和提出一個新的區塊

在slot進行到一半時，slot的委員會成員還使用相同的分叉選擇規則確定規范的區塊獎勵，并投票支持該獎勵。LMDGHOST沒有指定確認規則，而是讓用戶來決定區塊樹的哪些區塊擁有“足夠”的票數以確信他們不會離開規范鏈。

動態 | 以太坊未確認交易74617筆:據Etherscan.io數據顯示，當前以太坊未確認交易數量為74617筆，整體網絡仍然較為擁堵。[2018/11/10]

Goldfish緊密遵循這個一般結構，但為驗證者引入了一個額外的階段，以同步他們對投票計數的看法，并確認區塊：

在每個slot的開始，slot的提議者根據前一個slot的投票運行簡單的GHOST分叉選擇規則，以確定在哪里提議一個塊。進入slot的三分之一時，該時段的委員會成員使用相同的分叉選擇規則，該規則基于前一個時段的投票和提議者轉發的投票，來確定在哪里投票。最后，在進入slot的三分之二時，所有驗證者都運行一個明確定義的T深度確認規則

Goldfish基于兩種關鍵技術，投票緩沖和投票到期，以仔細同步誠實驗證者的觀點：

投票緩沖。簡而言之，緩沖從網絡收到的選票，以及在每個驗證者的本地視圖中精心定時包含這些選票，保證了在具有誠實提議者的slot中，所有誠實的驗證者都投票支持提議者的提議。這導致了重組彈性：誠實的提議者的提議保證保留在規范鏈中。隨之而來的是安全性

投票到期意味著在每個slot內，只有前一個slot的投票會影響協議的行為（類似于“健忘”的金魚，Goldfish

協議名稱源于此）。投票到期使投票集很小，這可能會影響誠實驗證者的短期未來行動。因此，在任何時間點，只有少數協議消息需要在誠實驗證者的視圖中進行緩沖和合并。因此，投票到期是投票緩沖效率/可行性的先決條件。投票到期對于支持波動的驗證者參與水平以及支持在每個slot較小的子樣本選民委員會中運行協議，而不是在整個驗證者集中運行協議也至關重要

最后，Goldfish的確認規則會確認區塊是否在創建后的一段時間內仍在規范鏈上。分析表明，由此產生的確認翻轉概率在出塊和區塊確認之間的延遲中呈指數級降低

Goldfish面臨的挑戰：異步

Goldfish很簡單，可以接受嚴格的安全證明。這一分析立即取得了成果：請記住，我們一開始就假設我們的簡化模型中的網絡延遲上限為A(上圖中的△表示)。在證明安全性的過程中，我們必須明確這一假設和其他假設

如果違反了這個界限，即如果網絡暫時異步，會發生什么？我們可以追蹤安全論證的步驟，看看在沒有假設的情況下會出現什么問題。我們看到，如果實際網絡延遲大于2A，那么Goldfish將無法及時獲得slot(t-1)的決定性選票以在slott的基礎上進行構建，該協議可能會受到重組的影響

這樣的重組是不好的。但至少由于嚴格的安全論點，我們可以更好地了解我們系統的安全性關鍵依賴于哪些條件，以及為什么以及如何。我們可以做出更明智的決定，以確保滿足這些先決條件。例如，雖然在當前的點對點網絡協議中，攻擊者可能更容易引起一些網絡延遲，但最近對強化的點對點協議重新產生了興趣，這些協議重新啟用共識層的權益分配來指導對等點的選擇。這樣的協議更加抗攻擊，并且可以合理地緩解延遲問題。此外，確定性/問責制小工具為任何重組提供了支持

還需要做什么

我們提出了Goldfish共識協議，旨在作為PoS以太坊信標鏈中LMDGHOST的替代品。我們對Goldfish本身進行了嚴格的安全分析，并結合了終局/問責制小工具。其他PoS以太坊共識安全挑戰仍然存在，例如，來自分叉選擇和finalitygadget的交互，我們期待在未來看到PoS以太坊在這些方面的進一步共識安全改進

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