一文了解Polkadot最新研究进展

最近,Web3 Foundation研究门户网站上增加了几篇文章,涵盖了Polkadot去中心化区块链平台的各个子协议:提名权益证明(NPoS),时间共识和GRANDPA(为中继链实现的终局性小工具)。在这里,我们对每个内容进行简要介绍。

最近,Web3 Foundation研究门户网站上增加了几篇文章,涵盖了Polkadot去中心化区块链平台的各个子协议:提名权益证明(NPoS),时间共识和GRANDPA(为中继链实现的终局性小工具)。在这里,我们对每个内容进行简要介绍。

提名权益证明(NPoS)中的验证人选举

Polkadot实施了提名权益证明(NPoS),这是权益证明(PoS)的一种改编,其中不限数量的代币持有者可以作为提名人参加,支持大量但有限的验证人(预计数量大约为数百人)。成因)。这种方案允许大量的后备验证人投入,远高于任何单个用户的持有量,从而使网络更加安全。

提名人与验证人共享经济奖励和销毁惩罚,他们在经济上归属于系统的安全性,因此在经济上受到激励来监督验证人的表现。

因此,NPoS不仅比工作证明(POW)更有效率,而且比没有权益委派的PoS计划更加安全且拥有更高的去中心化程度,因为在这种情况下,只有少数“鲸鱼”(拥有大量代币的所有者)才能成为验证人。

根据提名人的偏好,系统会根据一个选举规则,在每个时期(大约相当于一天)选择一个新的验证人节点,该规则将选择质押支持程度最高且分布均匀的那一组。

通过为验证人委员会实现比例代表制度,并提供正式的数学证明,此范例同时实现了高级别的安全性和可扩展性以及前所未有的去中心化水平。

非正式地讲,这意味着提名人所在的每个少数派都可以根据自己的质押比例来选举一些验证人,而没有任何少数派的代表人数不足。

我们强调,出于安全,政治,地理或经济方面的原因,网络用户之间自然会出现各种偏好和派系。在去中心化的社区中,这种观点的多样性是值得期待和欢迎的,我们的目标是确保所有少数派系都有代表并参与决策过程。

摘要:

Polkadot是一个去中心化的区块链平台,将于2020年启动。它将实施提名的权益证明(NPoS),这是一种基于权益证明的机制,其中网络选择了k个节点作为验证人,根据代币持有人扮演的提名人所代表的偏好以参与共识协议。这种设置会导致基于审批的多数派获胜者选举问题,其中每个提名人都提交一份受信任的候选人列表,并且投票权与他们的质押成正比。一个解决方案由k个验证人组成的委员会以及每个提名人投票中的一部分组成。我们考虑了两个目标,这两个目标都是最近在社会选择文献中研究的。第一个是确保比例合理代表制(PJR)的属性。第二个目标称为最大化支持,它是最大化分配给任何当选验证人的最小投票支持量。我们认为,前一个目标与权力下放的概念保持一致,而后者则与共识协议的安全级别保持一致。

给出了极值支持问题的几种近似算法,证明了极值支持问题是常熟因子可逼近的,并证明了匹配硬度结果。此外,我们提出了一种高效的后计算(post-computation)方法,将其与极值支持的近似算法配合使用时,会得出一种新的解决方案,其中1. 保留了近似值保证,2. 满足PJR属性,3. 可以有效地验证第三方是否可信并满足PJR。除了具有独立的理论关注度之外,我们的结果,能够使得网络运行有效的验证人选择协议,该协议同时实现PJR属性和极值支持的常数因子逼近,从而为去中心化和安全性提供了有力的理论保证。

网络时间与时钟达成的共识

在日常生活中,我们通常不会考虑计时的机制。如今,通常通过时钟中晶体振荡器上发生的振动数来衡量。由于这些振动的频率由于温度,压力和湿度等因素而变化,因此一天中可能会发生几秒钟的变化。

连接到Internet的计算机时钟不是依靠晶体振荡器,而是经常使用诸如网络时间协议(NTP)或全球定位系统(GPS)之类的额外机制来提高精度。但是,过去曾发生过NTP服务器损坏或GPS信号被欺骗的事件。如果这种攻击发生在权益证明区块链中,诚实的完整节点将停止生产区块,因为他们不知道什么时候开始,而恶意的完整节点继续产生区块并支配着区块链。

为了避免这种可能性,Polkadot使用了相对时间协议,该相对时间协议是在区块链协议之上工作的通用同步协议。这在中继链中尤其重要,在中继链中,每个验证人都有自己的时钟(该时钟无法通过任何协议(例如NTP或GPS)进行校正。验证人使用相对时间协议解释最终区块的到达时间,以确定当前的时钟在去中心化网络中是保持一致的。因此,可以更精确地定义验证人之间的时间同步。

摘要:

要求同步通信的去中心化协议通常在计算机时钟显示的时间的帮助下实现。这些时钟主要由集中式系统(如网络时间协议 NTP )进行调整,因为这些调整对于减少时钟的随机偏移影响是必不可少的。另一方面,对这些系统的攻击(过去曾发生过)可能导致协议的破坏,这些协议依赖于它们提供的时间数据来保持同步。因此,我们面临着依靠集中式解决方案来调整计时器或面临去中心化协议的安全性风险的困境。在本文中,我们通过对时钟的共识概念进行建模,为去中心化系统中的物理时钟同步问题提出了一个全球通用可组合(GUC)模型。关于时钟的共识是在考虑协议中各方的本地时钟(可能会偏移)后达成的。通过这种方式,我们对例如NTP以去中心化方式提供的功能进行了建模。最后,我们给出了一个简单但有用的协议,该协议依赖于实现我们模型的区块链网络。现实世界中需要同步时钟的区块链的整个节点都可以使用我们的协议,以保持区块链协议的正确性和安全性。我们协议的优势之一是它不会在基础区块链协议上造成任何额外的通信开销。我们提供了一个简单但有用的协议,该协议依赖于实现我们模型的区块链网络。现实世界中需要同步时钟的区块链的整个节点都可以使用我们的协议,以保持区块链协议的正确性和安全性。我们协议的优势之一是它不会在基础区块链协议上造成任何额外的通信开销。我们提供了一个简单但有用的协议,该协议依赖于实现我们模型的区块链网络。现实世界中需要同步时钟的区块链的整个节点都可以使用我们的协议,以保持区块链协议的正确性和安全性。

拜占庭结块处理工具

Polkadot具有混合共识协议,可将结块小工具(GRANDPA)与区块生产机制(BABE)分开。

这是一种概率实现的确定性(在一定时间后,该块将以接近于1的概率被确定)和可证明的确定性(意味着一个确定的块永远保持最终状态)的一种方式。

结合机制可以避免在不知不觉中出现错误的分叉(概率确定性的危险)的机会,并允许快速生成区块,因为较慢的确定性机制可以分别完成区块的确定,而不会冒险进行较慢的交易处理或停顿。

本文提出了GRANDPA(基于GHOST的递归前缀祖先协议)协议。GRANDPA在区块链而非区块链上达成协议:它试图最终确定2/3选民所同意前缀的链,无论是一个区块还是数千个区块。