说说区块链共识机制的确定性 NOW168财经网

今天,我刷信用卡买了一杯好喝的抹茶拿铁(这要感谢在伯克利的 Asha)。刷卡后,作为对我支付金额的交换,店老板热情地把茶递给我。因为老板已经确认了交易完成并且之后这笔交易不会被撤销,他一定能够获得我支付的美元金额。 换句话说,交易已经确定(finalized)。 [作者编辑:感谢 Lawson Baker 和 Ari Paul 指出信用卡最终确定交易背后日益增加的复杂性。(请看我在右边标记出来的 Lawson 的回应)。而现金交易则实现了对财产的即时确定性。]在区块链设置中,确定性 是保证了所有有效区块一旦被提交到区块链上就不会被撤销。当用户进行交易时,他们也希望在转账完成后能够保证转账操作不能随意更改或撤销。因此,在设计区块链共识协议时,确定性变得至关重要。目前基于中本聪共识的系统中,51% 攻击和自私挖矿行为就是因为允许有撤销区块的可能,才会威胁到系统的健全(例如,如果作恶者累积了 51% 的挖矿能力,他们就可以进行双花攻击)。这种协议提供了概率性确定,而其他一些协议则实现了绝对性确定。

确定性的类型概率性确定(Probabilistic Finality)

是基于区块链的协议提出的确定性类型(例如,比特币的中本聪共识)。在概率性确定中,包含交易的区块在链上埋得越深,该交易被撤销的可能性越低。因为某一区块后面的区块越多,包含该区块的(分叉)链就越可能是最长的链。 这就是为什么建议等到包含交易的区块在比特币区块链的深度为 6 个区块时才能确认交易完成(大约需要 1 小时),因为此时撤销交易的可能性非常低。

绝对性确定(Absolute Finality)

是基于拜占庭容错(PBFT)的协议(例如 Tendermint)提出的确定性类型。在绝对性确定中,一旦交易被包含在区块中并添加到区块链上,该交易就会被立即视为最终确定。在这种情况下,一个验证者会先提出一个区块,而这个区块必须获得委员会中足够多验证者的认可才能提交到区块链上。还有一个概念叫经济确定性(Economic Finality),也就是说撤销区块所需的资金成本非常高。在使用罚没机制的权益证明基础系统(例如 Casper FFG,Tendermint)中,如果权益持有者在两个(校注:相同高度的)区块上都签了名,那么他们所有的权益都会被没收,这就是损害确定性的昂贵代价。例如,一个有 100 位权益持有者的网络,每位权益持有者持有价值 100 万美元的权益,那么整个网络一共有价值 1 亿美元的权益。 如果有两个区块出现在区块链的同一高度,命名为 B 和 B’,此时 B 获得了 66% 的权益持有者的投票(6600万美元),B’ 也获得了 66% 的投票(6600万美元),那么 B 和 B’ 的交集(至少有 33% 恶意的权益持有者)将失去他们所有的权益(至少 3300 万美元)。

CAP 定理与确定性

看起来似乎绝对性确定比概率性确定更可行,但仍有一些基本权衡表明选择支持概率性确定的区块链更好。考虑如何在概率性确定与拜占庭容错确定性之间取得适当的平衡时,Eric Brewer 的 CAP 定理就发挥了作用。CAP 定理指出,在网络分区的情况下,分布式系统只能满足一致性或可用性。 满足一致性的系统会停止运行,不让错误的交易通过。而满足可用性的系统即使允许错误的交易通过也会继续运行 。一致性的系统具备拜占庭容错确定性(校注:即绝对性确定),而可用性的系统具备概率性确定。

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在支付的场景中,用户通常会选择概率性确定的区块链所提供的可用性(这就是为什么许多基于 DAG 的协议都把重点放在支持支付上,因为这些协议都是支持可用性而非一致性),然而,许多区块链平台提供的不仅仅是支付,还支持以智能合约为基础的去中心化应用程序(DApp)。不同的 DApp 在确定性方面可能有不同的偏好:那些需要可行性的 DApp,哪怕交易信息不准确也总会让交易通过,更偏好概率性确定链;而倾向于一致性的 DApp,会让整个应用程序停止运行以阻止不正确的交易通过,偏好绝对性确定链。因此,确定性从根本上影响了用户体验。

权益证明共识中的确定性

在替代共识协议的元分析中,我们考量了一些主要的 PoS(权益证明)平台对确定性的保证,包括 Tendermint,Thunderella,Algorand,Dfinity,Ouroboros Genesis,Casper FFG 和 Casper CBC。 在这里,我们将简要概述这些平台如何实现确定性,但决定采用哪种协议更重要的是整体考察,而不是仅仅考虑一个参数(这里指的是对确定性的保障)。

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