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夜影:近场协议中的碎片化设计

来源:btcv-光复资讯  |   作者:btcv-光复资讯  |   时间:2020-09-07 07:23  |   点击量:

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众所周知,以太网是区块链使用最广泛的通用网络,主网络每秒只能处理不到20个事务。以太网普及后,由于这种限制,导致了以太网燃气价格高(燃气是在以太网上执行交易的成本)和确认时间长。虽然在撰写本文时,Ethereum平均每10到20秒就能产生一个新的块,但根据ETHGas监控站的数据,一个事务实际上需要1.2分钟才能添加到链中。低生产率、高成本和长延迟都导致以太网不适合运行大规模的连锁服务。

以太网的低生产率的主要原因是每个节点必须处理整个网络中的每个事务。开发人员已经提出了许多解决方案,试图在协议级别解决这个问题。这些方案主要分为两类:一类是将所有的计算工作交给数量有限的强大节点;另一种是让网络中的每个节点只做一部分计算工作。前者的一个例子是索拉纳。系统中的每个节点都支持每秒数十万次简单的支付交易,通过仔细的低级优化和图形处理器的使用。Algorand、SpaceMesh和雷霆都属于这一类;他们通过改进一致性和块结构本身超越了以太网的TPS。虽然它有一定的效果,但仍然受到单台机器处理能力的限制。

在后一种方案中,工作被分配给所有参与节点。这种方法叫做切片。这也是埃瑟伦基金会的扩建计划。在撰写本文时,以太网的碎片规范尚未最终确定,最新的规范可以通过以下链接查看。

链接:

https://github.com/ethereum/eth2.0-specs.

NER协议是基于碎片的。NEAR团队的成员包括:许多世界级的计算机竞赛获胜者;几位前MemSQL工程师负责构建碎片、跨碎片事务和分布式连接;九名前谷歌和脸书员工在构建分布式系统方面拥有丰富的行业经验。

本文重点介绍了区块链碎片化的一般方法和需要解决的主要问题,包括状态有效性和数据可用性。本文还提出了一种基于NEAR协议的夜间阴影方案。

关于切片的基本知识

让我们从最简单的分割方法开始。例如,我们不是运行一个链,而是运行多个链,每个链称为一个“片”。每个切片都有自己的一组身份验证节点。在下文中,我们将使用原始单词“验证节点”来指代那些执行事务验证和生产块的参与者,无论是在POW中的挖掘方式还是投票机制。同时,让我们假设每个片段不互相通信。

虽然这种设计很简单,但它足以概括早期分片所面临的一些主要挑战。

1.1 验证节点分区和信标链

假设一个系统包含10个切片。第一个问题是,由于每个片段都有自己独立的认证节点,因此每个片段的安全性只有原始整个链的十分之一。如果包含X位的非片段链决定被硬分叉成片段链,则X位验证节点将被分配给10个片段,并且每个片段现在只有X/10位验证节点。攻击一个片段只需要支付5.1%(51%/10)的认证节点(见图1)。

图1:切片间分割后的验证节点

这导致了第二个问题:谁负责为每个切片选择身份验证节点?如果5.1%的身份验证节点被破坏,只有当这些身份验证节点位于同一片时,才会受到威胁。如果认证节点不能独立选择哪个片进行认证,控制5.1%认证节点的参与者很难使其控制下的所有认证节点都属于同一个片。这大大降低了他摧毁系统的能力。

如今,几乎所有的碎片系统都依赖于随机分配认证节点给碎片。区块链自身的随机性是一个具有挑战性的话题,超出了本文的范围。现在,让我们假设有这样一个可用的随机性。我们将在第2.1节中介绍更多关于身份验证节点分配的细节。

随机性和验证节点分配都要求计算工作和任意切片之间没有对应关系。目前,几乎所有的设计都使用额外的独立区块链来执行维护整个网络所需的操作。除了生成随机数和将认证节点分配给片段之外,这些操作通常包括接收片段更新和执行片段快照、处理POS中的承诺和取消认证节点的资格,以及在支持重新平衡的片段系统上重新平衡片段。这个独立链的名称是以太网上的信标链、波卡上的中继链和宇宙上的宇宙集线器。

本文称之为信标链。灯塔

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