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原文標題：: Afor LMD GHOST in PoS
合并：從工作量證明（PoW）到權(quán)益證明（PoS）
以太坊即將從工作量證明 (PoW）過渡到權(quán)益證明（PoS），這是多年研究和開發(fā)的成果。雖然 PoS 帶來了很多潛在優(yōu)勢，但這也意味著以太坊正在放棄中本聰最長鏈協(xié)議（這當然是最簡單、最優(yōu)雅但共識協(xié)議之一，并且已經(jīng)過去中心化區(qū)塊鏈的實戰(zhàn)考驗）。
以太坊 PoS 共識協(xié)議的一個眾所周知的脆弱組件，已被證明是其“LMD GHOST”分叉選擇規(guī)則，最近針對它有了多種攻擊方式和補丁，但沒有證明其安全性。
在題為《不再有更多 PoS 以太坊攻擊？?》的新預(yù)印本論文中，我們提出了（金魚）協(xié)議，它是 PoS 以太坊的 LMD GHOST 分叉選擇規(guī)則的可證明安全替代品。我們認為這只是朝著更嚴格的協(xié)議設(shè)計和分析邁出的第一步，目的是增強以太坊的安全性。
以太坊的權(quán)益證明（PoS）協(xié)議
以太坊的權(quán)益證明 (PoS) 共識協(xié)議要比優(yōu)秀的 PoW 最長鏈協(xié)議復(fù)雜得多。它實際上是兩種不同的共識協(xié)議的組合：其中一種是在 6.4 分鐘的 epoch 時間段后最終確定區(qū)塊的“確定性小工具”（稱為FFG），另一種是控制每個 epoch 時間段內(nèi)鏈的“分叉選擇規(guī)則”（簡稱“LMD GHOST”）。如果你對“為什么要這么做”感到好奇，可以看看這個演講? 。這兩個組件以非平凡的方式相互作用vue組件之間傳值，這里用方框圖進行了描述：
具體來說，LMD GHOST 指導(dǎo)區(qū)塊生產(chǎn)過程，并以 12 秒的 slot 時間尺度和驗證器的子抽樣委員會運行。因此，它可以被視為負責 PoS 以太坊區(qū)塊鏈末端附近較弱的“短期共識” 。一旦就交易賬本達成短期共識，它就會被移交給FFG 進行額外的加固，其在包含 32 個 slot（一個 epoch 時間段，也就是 6.4 分鐘）的時間尺度上運行，并涉及完整的驗證器集。因此，F(xiàn)FG 負責提供更強大的“長期共識” ，提供確定性和負責任的安全性。
不幸的是，這種復(fù)雜性伴隨著挑戰(zhàn) 。特別是， LMD GHOST 組件，以及 LMD GHOST 和FFG 之間的交互，兩者都有在攻擊和補丁之間來回打地鼠的歷史。而目前為合并采用的協(xié)議既沒有公開已知的攻擊，也沒有正式的安全分析/證明。
缺乏安全性證明是令人擔憂的原因，但并不是因為在一個簡單的學術(shù)模型中的證明必然會完美地表明現(xiàn)實世界的安全性。相反，即使在一個簡單的玩具模型中，我們也無法最終解釋為什么這個協(xié)議是安全的，這表明我們實際上并不了解這些協(xié)議，或者不了解它們的后果和交互的全部范圍。
在最近題為《不再有更多 PoS 以太坊攻擊？》的預(yù)印本論文中，我們提供了 PoS 以太坊的 LMD GHOST 分叉選擇規(guī)則的替代品協(xié)議。該協(xié)議稱為，類似于 LMD GHOST（因此不需要對當前客戶端進行大規(guī)模檢修），但它具有安全性證明。
為了更好地理解，讓我們先簡單了解一下 LMD GHOST 的大致工作原理：
假設(shè)在我們的玩具網(wǎng)絡(luò)模型中，消息引起的延遲最多是一個已知值
。在 LMD GHOST 中，時間在同步的
slot 時間中進行。對于每個 slot，從完整的驗證器集合中隨機選擇一個提議者和一個小型驗證器委員會。在每個 slot 開始時，slot 的提議者運行 LMD GHOST 分叉選擇規(guī)則（有兩個修改，“ boost?”和“ ?”，它們是對兩次早期攻擊的響應(yīng)補?。??勻范ㄒ桓齬娣兜那?榱?tip 并提出一個新的區(qū)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(guī)則確定規(guī)范的區(qū)塊鏈 tip，并投票支持該 tip 。LMD GHOST 沒有指定確認規(guī)則，而是讓用戶來決定區(qū)塊樹的哪些區(qū)塊擁有“足夠”的票數(shù)以確信他們不會離開規(guī)范鏈。
緊密遵循這個一般結(jié)構(gòu)，但為驗證器引入了一個額外的階段，以同步它們對投票計數(shù)的看法，并確認區(qū)塊：
在每個 slot 的開始，slot 的提議者根據(jù)前一個 slot 的投票運行簡單的 GHOST 分叉選擇規(guī)則，以確定在哪里提議一個區(qū)塊。進入三分之一的 slot，slot 的委員會成員使用相同的分叉選擇規(guī)則，基于前一個 slot 的投票和提議者轉(zhuǎn)發(fā)的投票，來決定在哪里投票。最后，在 slot 的三分之二時，所有驗證器都運行明確定義的 T 深度確認規(guī)則。
基于兩種關(guān)鍵技術(shù)，投票緩沖（vote ）和投票到期（vote ），以仔細同步誠實驗證器的觀點：
投票緩沖（也稱為視圖合并?）最早出現(xiàn)在? 。簡而言之，緩沖從網(wǎng)絡(luò)收到的選票，以及在每個驗證器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器的 slot 中，所有誠實的驗證器都投票支持提議者的提議。這導(dǎo)致了重組彈性：誠實的提議者的提議保證保留在規(guī)范鏈中。隨之而來的是安全性（即輸出賬本的安全性和活性）。
投票到期（也稱為短暫投票）意味著在每個 slot 時間段內(nèi)，只有前一個 slot 的投票會影響協(xié)議的行為（協(xié)議的命名便源自于健忘的金魚）。投票到期使投票集很?。?這可能會影響誠實驗證器的短期未來行動。因此，在任何時間點，只有少數(shù)協(xié)議消息需要緩沖并合并到誠實驗證器的視圖中。因此，投票到期是投票緩沖效率/可行性的先決條件。投票到期對于支持驗證器參與的波動水平，以及支持在每個 slot 的較小的子抽樣投票者委員會中運行協(xié)議，而不是在整個驗證器集合中運行協(xié)議也至關(guān)重要。
最后，協(xié)議的確認規(guī)則確認區(qū)塊是否在創(chuàng)建后一段時間仍在規(guī)范鏈上。分析表明，最終確認逆轉(zhuǎn)概率在區(qū)塊生產(chǎn)和區(qū)塊確認之間的延遲中呈指數(shù)衰減。
有關(guān)協(xié)議及其安全性分析的更多詳細信息，請查看我們的預(yù)印本論文。
協(xié)議面臨的挑戰(zhàn)：異步
協(xié)議很簡單，它可以接受嚴格的安全性證明。這一分析立即取得了成果：請記住，我們一開始就假設(shè)我們的玩具模型中的網(wǎng)絡(luò)延遲上限為
。在證明安全性的過程中，我們被迫明確這一假設(shè)和其他假設(shè) 。
如果違反了這個界限，即如果網(wǎng)絡(luò)暫時異步，會發(fā)生什么？我們可以追蹤我們的安全論證的步驟，看看在沒有假設(shè)的情況下會出現(xiàn)什么問題。我們看到，如果實際網(wǎng)絡(luò)延遲超過
（即當前 PoS 以太坊中的 8 秒），那么將無法及時獲得 slot t-1 的決定性投票以在 slot t 中構(gòu)建它們。該協(xié)議可能會遭受重組。
這樣的重組是不好的。但至少得益于嚴格的安全性論證，我們對系統(tǒng)的安全性關(guān)鍵取決于什么條件、為什么以及如何依賴有了更好的了解。我們可以做出更明智的決定vue組件之間傳值，以確保滿足這些先決條件。例如，在當前的 P2P 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中，對手方可能更容易引起一些網(wǎng)絡(luò)延遲，而最近研究者對強化 P2P協(xié)議重新產(chǎn)生了興趣，這些協(xié)議重用共識層的權(quán)益分布來指導(dǎo)對等節(jié)點選擇。這樣的協(xié)議更加健壯，并且可以合理地緩解延遲問題。此外，確定性/問責制小工具（最終可能會通過“單 slot 確定性?”進一步加速）為任何重組提供了后備支持。
還需要做什么
我們提出了共識協(xié)議，旨在作為 PoS 以太坊信標鏈中 LMD GHOST 的替代品。在預(yù)印本論文中，我們對協(xié)議本身進行了嚴格的安全性分析，并結(jié)合了確定性/問責制小工具（基于另一個共識協(xié)議，例如）。其他 PoS 以太坊共識安全挑戰(zhàn)仍然存在，例如，來自分叉選擇和確定性小工具的交互，正如我們在論文第 6.1 節(jié)所述。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！
如果你正在研究（或有興趣研究）這些方向中的任何一個，我們很樂意聽取您的意見！你可以在上通過 @、@、@ 和 @dntse 聯(lián)系我們。
致謝：特別感謝、Carl 、、 Drake、 Feist、、、é 、Dan 、Danny Ryan 和– 進行了富有成果的討論，并感謝 Achal提供了精美的插圖。
【一文了解 Goldfish 共識協(xié)議：PoS 以太坊 LMD GHOST 分叉選】本文到此結(jié)束，希望對大家有所幫助。