區塊鏈:尚未解決的區塊鏈分片問題_比特幣發行量多少

編者按：本文來自財經網鏈上財經，作者：AlexanderSkidanov，編譯：LornaQ，來源：medium，Odaily星球日報經授權轉載。區塊鏈分片的核心問題是鏈上的節點無法驗證所有分片中的區塊。因此，每當任一節點需要與特定分片交互時，他們通常無法下載并驗證該分片的整個歷史記錄。然而，一個重大的潛在問題出現了：如果不能下載和驗證一個特定的分片的整個歷史記錄，節點如何確定接收到的交易來自于有效區塊。非分片區塊鏈中不存在這樣的問題。簡單的應對策略

我們將首先討論一個簡單的解決方案，這個解決方案在許多協議都提到過，我們將進一步分析這個解決方案如何嘗試解決它想要解決的問題。解決數據有效性的簡單方案如下：假設整個系統有數千個驗證器，其中不超過20％是作惡的，或者無效的。然后，如果我們對約200個驗證器進行采樣，假定超過1/3的節點失敗率為零。值得注意的是：1/3是一個重要的門檻。拜占庭共識協議中指出，只要確保少于1/3的節點失敗，無論是作惡還是違反協議的某一條，最后都將達成共識。假設誠實的驗證器百分比，如果分片中的驗證器為我們提供了一些區塊，解決方案假定該區塊是有效的，并且驗證器建立在該分片的規范鏈基礎上。他們開始驗證時，驗證器從前一組驗證器中學習規范鏈。通過歸納，整個鏈是有效的，由于任何一組驗證器都有產生分叉，解決方案也確定當前鏈是分片中唯一的鏈。如果假設驗證器可能被破壞，上述簡單的解決方案就會不起作用，這是個合理的假設。在含有1000個分片的系統中破壞單個分片比破壞整個系統的成本要低得多。因此，隨著分片數量的減少，協議的安全性相應地減小。為了確定一個區塊的有效性，我們必須確保，在記錄中的任何一個節點，系統中的分片都不存在大多數驗證者串通的情況;但是對于自適應對手，我們無法確保。正如我們在前一部分中所討論的，串通驗證器可以執行兩種基本的作惡行為：創建分支和生成無效的塊。惡意分叉可以通過交叉鏈接到信標鏈的區塊來解決，信標鏈通常比分片鏈更具安全性。然而，生成無效的區塊是一個具有挑戰性的問題。數據驗證

IMF：薩爾瓦多使用比特幣的風險尚未顯現:金色財經報道，國際貨幣基金組織 (IMF) 表示，薩爾瓦多使用比特幣的風險尚未顯現。然而，該機構報告說有必要保持警惕，薩爾瓦多仍然值得關注和透明。鑒于加密貨幣市場的法律風險、財政脆弱性和很大程度上的投機性質，當局應該重新考慮他們擴大政府對比特幣風險的計劃。

IMF還預測，鑒于中美洲國家對BTC的利用已變得非常嚴格，基于比特幣和類似產品的代幣化債券可能會在未來幾個月出現。[2023/3/12 12:57:30]

如下圖，分片#1已經被攻擊，作惡者挖出了無效塊B。假設區塊B憑空捏造出來1000個token，并記錄在Alice的賬戶上。接著，作惡者在區塊B的基礎上挖出有效區塊C，然后在分片#2發起了跨分片交易，把這1000個token轉到了Bob的賬戶。此事憑空造出來token在分片2上是完全有效的。解決上述問題的方案有：1.讓分片＃2的驗證者檢驗發起這筆交易的那個區塊。但由于區塊C似乎完全有效，因此，此方案不適用于上述示例。2.分片＃2的驗證者可以大量檢驗發起這筆交易之前的區塊。但是，通常對于接受交易的分片要驗證的N個區塊，惡意驗證者可以在他們創建的無效塊上創建N+1個有效塊。比較好的解決方案是將分片按照無向圖進行排列，每個分片都連接多個分片，跨分片交易只能在相鄰的兩個分片上進行。。如果要在不相鄰的兩個分片之間進行跨分片交易，這筆交易需要通過多個分片相互驗證。在這個設計里，每個分片的驗證者都要驗證他們的分片以及與他們相鄰的分片上的所有區塊。假設有10個分片，每個分片相鄰4個分片，不需要考慮兩個以上的分片之間的交叉分片通信。分片＃2不僅驗證自己的鏈，還需要驗證所有相鄰的鏈，包括分片＃1。所以，如果分片＃1上的惡意分子試圖創建無效塊B，然后在B的基礎上構建區塊C，并發起跨分片交易，分片＃2就可以通過驗證分片＃1上的所有歷史記錄，識別出無效區塊B。雖然現在攻擊一個分片不再是可行的攻擊方法，但是如果攻擊多個分片仍是個問題。下圖中，如果對方成功攻擊了分片＃1和分片＃2，用無效區塊B生成的“資金”可與分片＃3進行一筆跨分片交易。分片＃3驗證了分片＃2上所有的區塊，但是并未驗證分片＃1上的區塊記錄，那么仍無法檢測到無效塊B。解決這個問題的其中一個主要方案是采用fishermen機制。這個方法背后的原理：無論何時，為了關聯信標鏈或是發起分片交易，鏈之間相互通信區塊頭信息，在一段時間內，任意誠實驗證者都可以提供無效區塊的證明。有各種結構可以非常清楚的證明某個區塊是無效的，接收節點的通信成本要比接收整個區塊的成本小得多。使用這種方法，只要有一個節點是誠實的，系統就是安全的。但是這種方法有兩個缺陷：1．這段驗證的時間需要足夠長，以便讓誠實節點識別挖出的區塊，下載并進行完全驗證。這段驗證時間會極大降低跨分片交易的速度。2．會創造出一個新的攻擊向量，惡意的節點可以故意發起大量無效的驗證請求。解決這個問題的方案是讓驗證者在指定的賬戶里存入一些Token，待驗證成功時再返還。這只是部分解決方案，由于惡意的節點向系統發起大量無效的驗證請求帶有無效區塊可能仍然存在，這些攻擊被稱為惡意破壞攻擊。針對這兩個問題，目前還沒有很好的解決方案，但是這個方案仍然是解決數據驗證問題的一個主要方法。簡潔的非交互知識論證

Messari前產品負責人：只要ETH2.0尚未完全推出，高度可擴展的區塊鏈就有機會取代以太坊:區塊鏈初創項目Messari前產品負責人王啟奧發布推特稱，在嘗試使用了12個不同的DeFi平臺后，我改變了之前的看法，我認為只要ETH2.0尚未完全推出，高度可擴展的區塊鏈就有很大的機會取代以太坊。支付10美元的交易費并等待15秒鐘進行結算只能說是一種糟糕的用戶體驗。關鍵的第一步是發布穩定幣。之后，可能會發生其他一系列創新。6月19日，王啟奧曾發布推特稱，每個太坊殺手都試圖復制以太坊上已有的東西，DeFi、穩定幣和發幣，這是一個嚴重的問題。是什么讓這些復制者認為自己可以戰勝以太坊的網絡效應？為什么不嘗試開拓新的用例？[2020/6/29]

解決攻擊多個分片的第二種方法是使用某種密碼結構，允許人們證明正確執行某個計算。例如zk-STARKs和其他一些共識協議，以及一些被廣泛地用于私人支付的共識協議，其中最著名的是ZCash。這種共識協議存在的主要問題是計算速度非常慢。例如：CodaProtocol，使用zk-SNARKs專門證明區塊鏈中的所有區塊都是有效的，每次交易可能需要30秒來進行一筆交易證明。有趣的是，證明不需要由可信方來計算，因為不僅需要證明它所構建的計算的有效性，而且需要證明本身的有效性。因此，這種證明的計算可以在一組參與者之間進行劃分，它比執行某些不可信計算更加簡潔。除此之外，它還允許計算zk-SNARK的節點在特定的硬件上運行，而不會降低系統的分布式。除了性能外，zk-SNARK的局限性是什么？依賴于較少研究過的和較少時間測試的密碼學原語；“Toxicwaste”是zk-SNARK依賴于一組可信的設置，其中一組人執行一些計算，然后忽略該計算的中間值。如果程序的所有節點都串通并保留中間值，則可以制造假證明；系統設計中引入了額外的復雜性算法;zk-SNARK僅適用于可能計算的子集，因此，具有圖靈完備智能合約語言的協議將無法使用SNARK來證明鏈的有效性。數據的可用性

聲音 | 中國計算機學會祝烈煌：區塊鏈技術尚未成為互聯網領域“必須”選項:中國計算機學會區塊鏈專委會秘書長祝烈煌接受采訪表示，目前來看，區塊鏈技術尚未成為互聯網領域的“必須”選項，但假以時日，其重要性將逐漸凸顯。區塊鏈技術應用現已拓展到數字金融、物聯網、智能制造、供應鏈管理、數字資產交易等多個領域。區塊鏈技術發展前景廣闊，應用場景廣泛，但仍面臨諸多挑戰。第一，融合問題仍有待探究。第二，核心技術攻關是關鍵。第三，可監管能力需繼續加強。第四，亟待高端人才持續助力。（新浪財經）[2019/11/25]

我們將要討論的第二個問題是數據的可用性。通常，將特定區塊鏈的節點分為兩類：全節點，下載每個完整區塊并驗證每筆交易的節點，以及僅僅下載區塊頭的輕節點，并使用Merkle校樣來處理他們感興趣的狀態和交易。現在，如果大部分主要全節點串通，則它們可以生成有效或無效的區塊，并將其哈希值發送到輕節點，但不透露區塊的全部內容。他們可以通過各種方式從中受益。如下圖所示：假設有三個區塊：前者A，由誠實的驗證者生成;當前區塊B，由驗證者串通;下一個區塊C，由誠實的驗證者產生；假設你是商家。當前區塊的驗證者從先前的驗證者那接收到區塊A，計算出你接收錢的區塊，并向你發送該區塊頭，其中通過Merkle證明包含你有錢的狀態。確保交易最終確定，你就可以提供服務。但是，驗證器永遠不會將區塊B的全部內容分發給任何人。因此，區塊C的誠實驗證器無法檢索該區塊，并且被迫停止系統或構建在區塊A之上，從而剝奪了你作為商家的權利。當我們將相同的場景應用于分片時，全節點和輕節點的定義通常適用于每個分片：每個分片中的驗證者下載該分片中的每個區塊并驗證該分片中的每筆交易，但驗證系統中的其他節點，包括那些快照分片鏈狀態進入信標鏈，只需要下載區塊頭。因此，分片中的驗證者實際上是該分片的全節點，而系統中的其他參與者作為輕節點。對于我們上述的fisherman方案，誠實的驗證者需要能夠下載與信標鏈交叉鏈接的區塊。如果惡意驗證者交叉鏈接無效區塊頭，而從未分發區塊，則誠實的驗證者無法進行驗證。監管權證明

動態 | Casa首席技術官稱Casa解決了比特幣尚未解決的根本問題:加密托管初創公司Casa首席技術官Jameson Lopp在采訪中討論了Casa路線圖和相關商業決策。Lopp注意到了比特幣保持不受審查的價值儲存的能力，但強調丟失密鑰的問題是“比特幣中一個尚未解決的根本問題”。Lopp進一步補充，為了實現完全分布式金融系統的夢想，普通人必須能夠安全地持有自己的資金。他指出，Casa的構建是為了抵御攻擊和意外損失。Lopp強調公司的長期目標，強調Casa打算幫助人們“完全控制自己的數據和數字身份”。（AMBCrypto）[2019/10/12]

需要迫切解決的問題是一旦區塊發布，是否區塊就具可用性？一個名為公證人的解決方案是讓分片之間公證人輪換的頻次比驗證者高，驗證者的唯一的工作是下載一個區塊，并證明他們能夠下載。與驗證者不同的是，公證人可以更頻繁地輪換，因為他們不需要下載分片的整個狀態。這種的方法的問題是，無法證明公證人是否能夠下載該區塊，因此公證人可以選擇始終證明他們能夠下載該區塊而不嘗試檢索它。解決該問題方案是公證員提供一些證據，或者投入一定數量的Token來證明該區塊已被下載。糾刪碼技術

聲音 | Muckr.AI首席執行官：DApp可以更好地保護用戶隱私和安全 但目前尚未奏效:有傳言稱，手機應用程序FaceApp可能在沒有明確許可的情況下從用戶手機上拍攝照片，并上傳到FaceApp云服務器。FaceApp否認未經許可向第三方出售或共享用戶數據。 針對提問“構建在區塊鏈的DApp能更好地保護用戶的隱私和安全嗎”，Muckr.AI首席執行官Susan Oh表示，當然，DApp可以更好地保護隱私和安全——如果它們能有效運作，而且一次能為50多人工作。擴展與安全是一個典型的兩難選擇。隱私和安全是另一個兩難選擇。我的問題是：為什么世界需要另一個APP/DAPP？為什么您不建立基礎設施和互操作性，以實現智能去中心化、個人代理和透明？我想DApp可以在一個理想的世界里——但是老實說，我沒有看到有用的東西像我希望的那樣以去中心化的方式工作。[2019/8/19]

當特定的輕節點接收到一個區塊的哈希值時，為了提高節點對該區塊可用的信心，它可以嘗試下載該區塊的一些隨機片段。這不是一個完整的解決方案，因為除非輕節點共同下載整個區塊，否則惡意區塊生產者可以選擇保留未被任何輕節點下載的區塊的部分，從而導致區塊不可用。對此問題的解決方案是使用一種稱為糾刪碼技術的結構，即使只有區塊的某些部分可用，也可以恢復整個區塊：Polkadot和以太坊Serenity都圍繞這個想法進行了設計，為輕節點提供了合理地確信區塊可用的方法。這兩種方法都依賴于驗證者，因此可能容易受到惡意攻擊。長期可用性和結論

上述討論的所有解決方案都證明了一個事實，即一旦一個區塊發布，則該區塊立即可用。區塊隨后可能由于各種原因變得不可用，例如：節點脫機、節點故意刪除歷史數據等等。一篇值得借鑒的解決方案是Polyshard，即使幾個分片完全丟失了它們的數據，Polyshard使用糾刪碼技術讓跨分片區塊依然可用。不幸的是，他們的解決方案要求所有分片從其他分片那下載所有區塊，合格過程成本高昂。由于預計系統中沒有節點能夠驗證所有分片中的所有鏈，因此分片協議的安全性需要以這樣的方式設計：即使某些分片中的某些以前的區塊變得完全不可用，系統也是安全的。在設計安全協議時，數據有效性和數據可用性仍然是首先需要關注的問題。

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