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Vitalik:分片 + 数据可用性采样

数字货币交易所2021-01-11

Vitalik:分片 + 数据可用性采样

除了桩考之外,eth2设计的另一个重大变化是分片。该建议引入了一种有限的碎片化形式,即“数据分片”。根据“以汇总为中心的路线图”,碎片将存储数据,并证明大约250 kB数据的可用性。数据可用性验证为第2层协议(如汇总)提供了一个安全且高吞吐量的数据层。

为了避免亲自下载全部数据的负担,这两种技术可以相互叠加,验证大量数据的可用性:1)随机抽样委员会提出证明;2)数据可用性采样(DAS)。

通俗的“随机抽样委员会”

假设你有大量的数据,比如16 MB,这是eth2链每个槽能处理的数据量(至少在初始阶段)。我们将这些数据表示为64个斑点,每个斑点的大小为256千字节。假设我们还有一个PoS系统,验证器的数量大约是6400个。我们如何在不1)要求任何人下载所有数据和2)给运行少量验证程序的攻击者机会的情况下验证这些数据?

第一个问题可以通过分工来解决:验证器1-100需要下载并验证第一个blob,验证器101-200需要下载并验证第二个blob,以此类推。每个子集(委员会)中的验证者只需要签名证明他们已经验证了对应的blob,然后整个网络在收到对应委员会中大多数验证者的签名后就可以接受blob。

但这就引出了一个问题:如果攻击者控制了一组连续的验证器(比如1971-2070)怎么办?如果是这种情况,即使攻击者仅控制整个验证者集合的大约1.5%,他们也可以控制单个委员会(在上述情况下,他们可以控制委员会20中70%的验证者2001-2100),因此攻击者可以向链中添加无效/不可用的blob。

随机抽样(Random  sampling)通过用随机洗牌算法组成一个委员会来解决这个问题。我们使用一个散列值作为随机数生成器的种子,然后我们使用生成器随机打乱验证者列表1-6400。洗牌列表中的前100个值是第一委员会,接下来的100个值是第二委员会,以此类推。

RNG(随机数发生器)的种子是在验证者存款后选择的,每个验证者的索引是固定的,因此攻击者不能试图让他的所有验证者进入同一个委员会。攻击者可能会走运,但前提是他们控制了三分之一以上的验证者。

通俗的“数据可用性抽样”

在某些方面,数据可用性抽样是随机抽样委员会的镜像。采样仍然会发生,因为每个节点最终将只下载所有数据的一小部分,但是采样发生在客户端,发生在每个blob中,而不是blob之间。

每个节点(包括不参与质押的客户端节点)检查每个blob。他们不是下载整个blob,而是私下从中选择N个随机索引,然后尝试在这些位置下载数据。

这样做的目的是验证每个blob中至少有一半的数据可用。如果只有不到一半的数据可用,那么几乎可以假设任何给定客户端采样的至少一个索引不可用,并且客户端将拒绝接受blob。

这种机制是有效的,因为客户端只需要下载每个blob中的少量数据来验证其可用性。这种机制也是高度安全的,因为即使51%的攻击者也不能欺骗客户端接受不可用的blob。

擦除编码

为了避免攻击者提供50-99%的可用数据(这可能导致一些客户端拒绝一个blob,然后被其他客户端接受),我们使用了一种称为擦除编码的技术。擦除编码使我们能够通过以下方式对blob进行编码:如果blob中一半以上的数据已经发布,网络中的任何人都可以重建并发布剩余的数据。

一旦重新发布的数据被广播,最初拒绝blob的客户端将收敛到接受(请注意,接受blob没有时间限制,每当客户端收到对其所有采样索引的响应时,它都会接受可用的blob)。


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