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最近「jin」,人们讨论了矿工接纳假定被修改的以太坊客户端的『de』可能性,该客户端允许他们接受行贿,并在选定的区块中对生意举行排列。(举行这种行贿的主要用例是攻击 DeFi 协议)。

在这篇文章中,我们将注释为什么这种攻击模式在以太坊 2.0 合并后将更难执行。

什么是分叉选择规则,为什么它很主要?

分叉选择规则是一个由客户端评估的函数,它把已经看到的区块和其他新闻的聚集作为输入,并向客户端输出 "典型链 "是什么。分叉选择规则是需要的,由于可能有多个有用的链可以选「xuan」择(例如,若是两个具有相同母本的竞争区块同时被宣布)。

重组是一个特殊事宜,在这个事宜中,曾经是经典链的一部门的区块不再是经典链的一部门,由于一个竞争区块击败了它。最终性是指分叉选择规则对某一区块异常有利,以至于该区块在数学上不能能被重合(或至少在经济上不能行)的情形。

在一些分叉选择规则中(例如 Tendermint ),重组是不能能发生的;分叉选择规则只是通过添加任何已经通过 BFT(Byzantine Fault Tolerance :拜占庭容错) 共识并最终确定的区块来扩展现有的链。在其他分叉选择规则中,重组是异常频仍的。

以太坊的现状是什么?

在以太坊这样的事情量证实(PoW)区块链中,我们通常会看到 "最长链规则"(或者更准确地说,"最高总难度链规则")。这意味着,当客户端发现 2 条区块链时,它会选择总难度最高的一条(即该链中所有区块的难度之和)。

举个例子,假设区块的难度可以是 100 或 110 ,想象一下下面的场景。

1.我们从难度为 100 的区块 1 最先举行同步。

2.区块 2a 和 3a 划分以 100 的难度到达,我们将它们插入我们的链中,形成一个总难度为 300 的分叉。

3.难度为 110 的区块 3b 到达,宣布 2a 为其父方,形成总难度为 310 的分叉。分叉选择规则将注重到 "最重 "的链现在是第二个分叉,并将切换到它。这是1个块的重组,由于只有块 3a 被改变了。请注重,这些区块并没有被完‘wan’全抛弃,由于可能会有一个新的区块到达,导致分《fen》叉选择切换回第一个分叉上。

4.2b 和 3c 区块到达,每个区块的难度都是 110 ,缔造了一个总难度为 320 的新分叉!这意味着分叉选择的难度是 320 。根{gen}据分叉选择规则现在将使用 2b 而不是 2a , 3c 而不是 3b ,这些都是上一个经典链中的区块。这是一个2个区块的重新组合。

你可以看到这将会发生什么。若是一个新的区块 4a 到达,宣布 3a 为其父链,分叉选择规则将切换回第一个分叉,以此类推。

链重组的影响

由于延迟的缘故原由,短暂的重组一直在发生。矿工 A 和矿工 B 可能同时找到一个有用的区块,但由于区块在 p2p 网络中的流传方式,网络的一部门区块会首先看到 A 的区块,另一部门会先看到 B 的区块。若是这两个区块的难度相同,就会泛起平手,客户要么随机选择,要么选择较早看到的区块。通常情形下,当第三个矿工 C 在 A 的区块或 B 的区块上制作一个区块时,平手最终被打破,而另一个区块则被遗忘。偶然,运气欠好也会导致 2-5 个区块的重组。跨越这个时间的重组险些都是由于极端的网络故障,客户端错误,或恶意攻击造成的。

短暂的重组不是致命的,但它们仍然对网络发生以下这些严重结果。

可能发生的最坏情形

在最坏的情形下,频仍的重组可以使区块链的结算保证完全失效,并阻止其继续举行。通常情形下,区块生产者的 "激励兼容 "战略应该是延伸最长的链。然则,若是某个区块的后置状态有利可图(例如,有异常高的用度或 MEV ,只有通过在该区《qu》块之后直接确立一个区块才〖cai〗气提取),会发生什么?这个问题已往在没有区块奖励的比特币和自私采矿的靠山下被探讨过,今天在以太坊生态系统中与 DeFi 相关的 MEV 靠山下也被探讨过。

在这些情形下,有很大的念头试图通过竞争而不是延伸经典链的顶端来 "偷取"用度或 MEV 。在下面的例子中,区块 1 的后置状态是有利可图的,区块 2a 已经被开采。然而,不是 1 个而是 3 个区块生产者选择在区块 1 而不是区块 2a 的基础上举行开采(以要求在区块 1 之后露出的任何 MEV ),这可以扩展到随便数目的一方。

出于显而易见的理由,这样的模式为恶意的 51% 算力攻击打开了一扇大门。我们把从事这种重组开采战术的矿工称为 "近视理性",由于这样做的决议在短期内可能是理性的。然而,他们在以太坊上有明确的(造币商)或隐性的(矿工)多头头寸(由于用度和区块奖励是以以太坊计价的),这意味着任何〖he〗这种削减用户对以太坊信托的攻击〖ji〗都是违反他们的最终利益的,因此从久远来看是不理性的。

合并后的以太坊与权益证实

在 Nakamoto PoW 中,区块在分叉选择中被 "串行 "固化。首先,一个区块被开采出来,这时,一个竞争区块有可能会重组它。若是该区块作为经典链的一部门存活下来,在(平均)13秒后,其他一些矿工在上面确立了第二个区块。在这一点上,需要一个由两个竞争区块组成的链来重新组织它。随着更多的区块被建在上面,重新 org 链的难度继续增添,但速率很慢。

以太坊的信标链实现了一个名为 Gasper 的 PoS 协议,有一个名为 LMD-GHOST 的分叉选择规则。与 Nakamoto PoW 相反,在区块生产历程中,有2个角色。

  • 介入者: 一组验证者投票决议他们以为哪个区块是经典链的头。判定人的投票被称为 "证实",他们为区块赋予 "权重"。控 kong[制判定人意味着控制分叉选择规则。


每12秒有一个 "槽",它代表了一个提出区块的时机。对于每个时段,一个洗牌算法伪随机地选择一个由所有验证者的 1/32 组成的【de】委员会,其中每个委员会中的一个验证者是提议者,其余的是‘shi’赞成者『zhe』。审定者对他们以为是经典链的一部门的区块举行平行投票。由于委员会是伪随机抽样的,攻击者没有设施将他们的验证者集中到一个单一的位置。

今天,信标链有 19.6 万个验证器,这意味着每个槽都有一个巨细为 6125 的委员会。因此,纵然是单一区块的重构也「ye」是异常难题的,由于一个只控制了少数验证者的攻击者没有设施击败成千上万的忠实的大多数介入者。

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为了获得一些关于为什么会这样的直觉,让我们看一个有 2 个插槽和 24 个验证者的例子,其中 9 个是恶意的 de[。验证者被分成两个委员会,由于随机洗牌,对(dui)手不太可能控制他们被分配到的任何一个小组的 50 %以上,并导致重组。

更正式地说,拥有 p %股权的恶意行为者控制 N 个验证人‘ren’规模的委员会中跨越 50 %的概率遵照二项漫衍(其中 k = N/2 )。

盘算差异情形下的概率,我们获得以下表格:

我们现在明了,直接举行重组需要攻击者控制靠近 50 %的验证者。

若是攻击者拥有 25-49 %的验证者,另有更玄妙的攻击是可能的。然而,这些攻击有已知的修复方式,可以不引人注重地实行,增添平安性,靠近无条件的 50 %。

最后,长时间的恢复是不能能的,由于所有深入到已往 2 个纪元的区块都被以为是 "最终确定 "的,也就是说,不能能恢复已往。若是攻击者导致两个冲突的区块被最终确定(例如通过控制 67 %的股权),系统将需要回落到social intervention 来恢复。

重组战略接纳的博弈论

既然我们已经看到了重组战略在差其余分叉选择规则中是若何运作的,那么就值得通过一个简朴的博弈论例子来领会矿工或验证者何时使用执行重组战略的软件来赚钱才是合理的。

我们可以用一个回报矩阵来通俗地形貌每种情形,其中 "缺陷 "意味着 "下载并使用执行反诓骗的“de”软件"。待遇是 "短视 "的,没有思量到耐久结果。

中本聪事情证实

在最长链 PoW 中,短距离重组可以用验证器集的哪怕一小部门举行概率性的重组。偶然总会有一些区块具有有利可图的后置状态,以至于纵然是 1-10 %的乐成率也值得实验与该区块的现有子块竞争。

矿工可以是一其中等规模的矿池,依赖他们延续找到下一个 2-3 个区块的可能性,或者他们可以将他们收入的一部门送入一个任何人都可以索取的条约中,以行贿其他运行相同软件的人在他们的链上确立并辅助它匹敌现有的经典链《lian》。

因此,一些矿工可能会被诱惑去运行 reorg 客户端。

Gasper

在 Gasper 中, 1-64 个槽位的重组是可能的,但需要攻击者控制整个验证器集的(de)很大一部门(由于他们不能把赌注集中在某个特定的槽位上,以是他们需要有足够大的筹码在他们想攻击的槽位局限内随机选择)。除非有异常多的其他验证者也同时接纳,否则接纳重组挖矿软件是没有用的。

因此,若是 51 %的验证者有哪怕是最稍微的利他主义,那么没有一小我私人运行重『zhong』组软件是一个稳固的平衡状态。

Tendermint

在 Tendermint 中,情形甚至更清洁:重组是不能能的,任何违反单槽最终性的行为都需要1/3以上的验证者被砍掉。与 Gasper 的情形类似,这也意味着没有人运行重组软件才是一个稳固的平衡。

从上面我们可以看出,虽然接纳 "reorg geth "在所有情形下都是可能的,但基「ji」于平行证实看法的分叉选择规则有忠实的平衡状态,且它将比 Nakamoto 分叉选择中的平衡更稳固「gu」。

履历之谈

在以太坊的靠山下,最有用的预防措施是进一步加速合并的事情,稀奇是迅速实现可信的能力,举行 "紧要合并",将链过渡到 PoS 。急于合并会有很高的风险,可能会损坏基础设施,但若是许多矿工最先「xian」重新攻击链,一个可信的答应将对这种行为起到 *** 作用。

靠近合并的时期风险最大,由于矿工仍然是系统的认真人,但他们的时间跨度缩短了。然而,有《you》两个因素缓「huan」解了这种风险。

以太坊矿工往往同时是(i)其他区块链的矿工,和/或(ii)以太坊社区其他身份的成员,以是他们仍然会有优越行为的念头。

随着合并的相近,举行紧要合并的难度、成本和风险也在降低。在合并的预定日《ri》期前几个月,紧要合并将是具有高度损坏性的。在合并预定{ding}日期的两周前,对客户来说,这将是一个参数设置,验证操作器已经完成了下载。

合并后,重组验证将成为一个更小的问题,由于单个验证者或一小群验证者不能独自重组。重组攻击想要乐成必须解决极其难题的协调问题,即〖ji〗让大多数验证者同时下线。然而,一些小的风险仍然存在。若是希望进一步提高平安性,那么以太坊可以进一步骤整分叉选择规则,将重组攻击的要求提高到 50 %的理论最大值,或者找到一种方式,直接转向单槽 inality 的共识。

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