نشرت Teleportdao و Eigen Labs مؤخرا ورقة تركز على تحديات الأمان والكفاءة التي تواجهها العقد الخفيفة في بلوكتشين إثبات الحصة (POS) عند الوصول إلى البيانات على السلسلة والتحقق منها. تقترح الورقة حلا جديدا لضمان أمن وكفاءة العقد الخفيفة في بلوكتشين نقاط البيع من خلال الحوافز الاقتصادية وآليات ما قبل الأمن المؤمن عليها و "الأمان القابل للبرمجة" القابل للتخصيص والفعالية من حيث التكلفة. هذا النهج المبتكر يستحق المزيد من البحث. ملاحظة: جمعت EiGen Labs ، المطور وراء بروتوكول استعادة Eigenlayer و Eigenda ، أكثر من 150 مليون دولار من شركات رأس المال الاستثماري الشهيرة مثل A16Z و Polychain و Blockchain Capital. تركز Teleportdao ، ومقرها في فانكوفر ، كندا ، على البنية التحتية للاتصالات عبر السلسلة بين سلاسل Bitcoin و EVM العامة. نجح البروتوكول في جمع 9 ملايين دولار من خلال بيع عام على CoinList ، مع مستثمرين بما في ذلك AppWorks و OIG Capital و DefinanceX و Oak Grove Ventures و Candaq Ventures و Ton و Across و Bitsmiley.
حاليا ، في سلاسل الكتل POS (إثبات الحصة) ، يضمن المدققون أمان الشبكة عن طريق قفل قدر معين من الحصة (مثل 32 ETH في Ethereum) للمشاركة في شبكة الإجماع. هذا يعني أن أمن سلاسل الكتل POS محمي اقتصاديا: فكلما زادت الحصة الإجمالية ، ارتفعت التكلفة أو الخسارة المحتملة لأي شخص يحاول مهاجمة الشبكة. تعتمد آلية المصادرة هذه على ميزة تعرف باسم "أمن المساءلة" ، والتي تسمح بمصادرة حصة المدقق إذا وقعوا على دول متضاربة. العقد الكاملة حيوية في الحفاظ على سلامة بلوكشين نقاط البيع. يقومون بتخزين جميع بيانات المعاملات ، والتحقق من توقيعات الإجماع ، والحفاظ على سجل المعاملات الكامل ، وتنفيذ تحديثات الحالة. تتطلب هذه المهام موارد حوسبة كبيرة وأجهزة متقدمة ؛ على سبيل المثال ، يتطلب تشغيل عقدة Ethereum كاملة ما لا يقل عن 2 تيرابايت من تخزين SSD. من ناحية أخرى ، تقلل العقد الخفيفة من متطلبات موارد الحوسبة عن طريق تخزين رؤوس الكتلة فقط ، مما يجعلها مناسبة للتحقق من معاملات / حالات محددة في تطبيقات مثل محافظ الهاتف المحمول والجسور عبر السلسلة. ومع ذلك ، تعتمد العقد الخفيفة على العقد الكاملة للحصول على معلومات الكتلة أثناء التحقق من المعاملة. في الوقت الحالي ، تتركز الحصة السوقية لمقدمي خدمات Node تماما ، مما يضر بالأمان والاستقلال والفورية. تستكشف هذه المقالة حلولا لتحقيق التوازن بين تكاليف الحصول على البيانات وزمن الوصول لتحقيق الأمان الأمثل للعقد الخفيفة.
قدمت Bitcoin التحقق البسيط من الدفع (SPV) كبروتوكول للعقد الخفيفة. يسمح SPV للعقد الخفيفة بالتحقق مما إذا كانت المعاملة مضمنة في كتلة معينة باستخدام دليل Merkle ورؤوس الكتلة. هذا يعني أن العقد الخفيفة تحتاج فقط إلى تنزيل رؤوس الكتلة للتحقق من نهائية المعاملة عن طريق التحقق من عمق الكتلة. وبالتالي ، فإن التكلفة الحسابية للتحقق من إجماع العقدة الخفيفة في Bitcoin منخفضة نسبيا. ومع ذلك ، في سلاسل الكتل POS مثل Ethereum ، تكون عمليات التحقق من الإجماع أكثر تعقيدا بطبيعتها. وهي تنطوي على الحفاظ على مجموعة كاملة من المدققين ، وتتبع تغييرات حصتهم ، وإجراء العديد من عمليات التحقق من التوقيع لشبكة الإجماع. بالإضافة إلى ذلك ، يعتمد أمان Pow Light Node على افتراض أن معظم العقد الكاملة صادقة. للتغلب على قيود SPV ، تقدم FlyClient والبراهين غير التفاعلية لإثبات العمل (Nipopow) إثباتات تكلفة دون خطية للعملاء. ومع ذلك ، فإن هذه الطرق أقل فعالية لنماذج إجماع نقاط البيع.
في سلاسل الكتل POS ، يتم تحقيق الأمن من خلال آلية المصادرة. يفترض هذا النظام أن المشاركين في الإجماع عقلانيون ، مما يعني أنهم لن يهاجموا الشبكة إذا تجاوزت التكلفة أي ربح محتمل. لخفض تكاليف التحقق ، يستخدم بروتوكول العقدة الخفيفة الحالي ل Ethereum لجنة مزامنة مكونة من 512 مدققا تم اختيارهم عشوائيا ، كل منهم يخزن 32 ETH ، لكن عملية التوقيع لا تخضع للمصادرة. وينطوي تصميم عدم المصادرة هذا على عيوب أمنية كبيرة؛ يمكن أن تؤدي التوقيعات غير النزيهة في لجنة المزامنة إلى تضليل العقد الخفيفة لقبول بيانات غير صالحة دون أي عقوبة. حتى مع وجود آلية مصادرة ، فإن الحصة الإجمالية للجنة SYNC صغيرة مقارنة بالمجموعة الواسعة من مدققي Ethereum (أكثر من 1 مليون اعتبارا من مارس 2024). لذلك ، لا توفر هذه الطريقة للعقد الخفيفة أمانا مكافئا لمجموعة مدقق Ethereum. هذا النموذج هو نوع خاص من الحسابات متعددة الأطراف في ظل إعدادات عقلانية ولكنه يفتقر إلى الضمانات الاقتصادية ويفشل في معالجة التهديدات من مزودي البيانات الخبيثين وغير العقلانيين.
لمواجهة تحديات الأمان والكفاءة في عملية تشغيل نظام الحصة المؤكدة ، يقدم بوبوس لعبة مقسمة لتحدي بشكل فعال شجرة ميركل المعادية لتوقيت الحصة المؤكدة. بينما يتم تحقيق الحد الأدنى من متطلبات المساحة وتجنب الحاجة لأن يكون العملاء متصلين على الإنترنت والحفاظ على الحصص ، لا يزال الأمر الخاص بالسماح للعملاء بالانسحاب عن الشبكة وإعادة الانضمام إليها دون تكبد تكاليف كبيرة بدون حل.
يستخدم نهج البحث الآخر الأدلة على عدم المعرفة لإنشاء أدلة موجزة. على سبيل المثال، تسهل مينا وبلومو التحقق الخفيف من التوافق باستخدام مجموعات snark العاكسة وأدلة انتقال الحالة القائمة على snark. ومع ذلك، تفرض هذه الأساليب أعباء حسابية كبيرة على منتجي الكتل لتوليد الأدلة ولا تعالج تعويض العقد الخفيفة عن الخسائر المحتملة. في بروتوكولات pos الأخرى (مثل بروتوكول tendermint في cosmos)، تم استكشاف دور العقد الخفيف في بروتوكول الاتصال بين السلاسل الكتلية (ibc) الخاص بهم. ولكن هذه التنفيذات مصممة خصيصًا للنظم البيئية الخاصة بهم وليست قابلة مباشرة للتطبيق على إيثيريوم أو سلاسل كتل pos الأخرى.
بشكل عام، يتضمن الخطة الجديدة وحدة أمان اقتصادي لتحقيق الأمان البرمجي، مما يتيح للعقد الخفيفة اختيار تصاميم مختلفة استنادًا إلى متطلبات الأمان الخاصة بها. تتبع الافتراضات الأمان مبدأ 1 / n + 1 / m، مما يعني أنه ما دام هناك عقدة صادقة وفعالة واحدة على الأقل في كل من شبكة العقد الكاملة وشبكة المفتش، يمكن للشبكة أن تعمل بشكل صحيح.
الخطة 1 تركز على ضمان موثوقية البيانات من خلال فترة تحدي وشبكة مفتشين. بمعنى بسيط، بعد أن تتلقى عقدة خفيفة البيانات الموقعة من قبل مزودي البيانات، تقوم بإعادة إرسال هذه البيانات إلى شبكة المفتشين للمراجعة. إذا تم اكتشاف أي بيانات احتيالية خلال فترة محددة، سيقوم المفتش بإخطار العقدة الخفيفة بأن البيانات غير موثوقة، وسيقوم وحدة المصادرة في العقد الذكي بمصادرة الرموز المراهنة من مزود البيانات. وإلا، يمكن للعقدة الخفيفة الاعتماد على موثوقية البيانات. العملية المحددة لعقدات الضوء لطلب البيانات هي كما يلي:
نقاط أخرى:
تقييم:
الخطة 2 تعتمد على الخطة الأولى من خلال إدخال آلية تأمين للتأكيد السريع للبيانات. ببساطة، بعد أن تحدد العقدة الخفيفة التأمين بناءً على مبلغ السياسة والمدة، يمكن استخدام جزء أو كل رهان مقدم البيانات لتعويض أي خسائر لاحقة تكبدها العقدة الخفيفة نتيجة للبيانات الخبيثة. يتيح هذا للعقدة الخفيفة إنشاء الإيمان الأولي بالبيانات بمجرد استلامها والتحقق من توقيع البيانات من قبل مقدم البيانات. العملية المحددة للعقدة الخفيفة لطلب البيانات هي كما يلي:
نقاط أخرى:
تقييم:
أولاً، بالنسبة لكفاءة حساب عقدة الضوء، تُظهر خطط كل من عقدات الضوء كفاءة التحقق على مستوى الجزء من الثانية (حيث تحتاج عقدات الضوء فقط إلى التحقق من البيانات مرة واحدة فقط). ثانيًا، بالنسبة لتأخر عقدة الضوء، بموجب تكوينات تجريبية مختلفة (كما هو موضح في الشكل أدناه)، يكون التأخير أيضًا على مستوى الجزء من الثانية. من المهم ملاحظة أن التأخير يزداد بشكل خطي مع عدد موفري البيانات لكنه يظل دائمًا على مستوى الجزء من الثانية. بالإضافة إلى ذلك، في الخطة الأولى، نظرًا لأن عقدة الضوء تحتاج إلى انتظار نتائج فترة التحدي، فإن التأخير يصل إلى 5 ساعات. إذا كان شبكة المفتشين موثوقة وكفؤة بما فيه الكفاية، يمكن تقليل هذا التأخير لمدة 5 ساعات بشكل كبير.
ثالثًا ، من حيث تكاليف العقدة الخفيفة ، في الواقع ، تتحمل العقد الخفيفة تكلفتين رئيسيتين: رسوم الغاز والاقتطاعات التأمينية ، وكلاهما يزيد مع قيمة السياسة. بالإضافة إلى ذلك ، بالنسبة للمفتشين ، سيتم رد رسوم الغاز المشاركة في تقديم البيانات بواسطة المبلغ المصادر لضمان التحفيزات الكافية للمشاركة.
ملاحظة: ستتم تثبيت الكتل المقترحة في النهاية أو ستصبح كتل عم ال
تقدم مخطط العقدة الخفيفة المقترح في هذه الورقة "الأمان القابل للبرمجة" لتلبية الاحتياجات الأمنية في مختلف الحالات. يعطي المخطط الأول الأولوية للأمان الأعلى على حساب زيادة التأخير، بينما يستخدم المخطط الثاني آلية التأمين لتقديم خدمات "التأكيد الفوري" للعقد الخفيفة. تنطبق هذه المخططات في السيناريوهات التي تتطلب نهائية المعاملات، مثل المعاملات الذرية والمعاملات عبر السلاسل الجانبية.
نشرت Teleportdao و Eigen Labs مؤخرا ورقة تركز على تحديات الأمان والكفاءة التي تواجهها العقد الخفيفة في بلوكتشين إثبات الحصة (POS) عند الوصول إلى البيانات على السلسلة والتحقق منها. تقترح الورقة حلا جديدا لضمان أمن وكفاءة العقد الخفيفة في بلوكتشين نقاط البيع من خلال الحوافز الاقتصادية وآليات ما قبل الأمن المؤمن عليها و "الأمان القابل للبرمجة" القابل للتخصيص والفعالية من حيث التكلفة. هذا النهج المبتكر يستحق المزيد من البحث. ملاحظة: جمعت EiGen Labs ، المطور وراء بروتوكول استعادة Eigenlayer و Eigenda ، أكثر من 150 مليون دولار من شركات رأس المال الاستثماري الشهيرة مثل A16Z و Polychain و Blockchain Capital. تركز Teleportdao ، ومقرها في فانكوفر ، كندا ، على البنية التحتية للاتصالات عبر السلسلة بين سلاسل Bitcoin و EVM العامة. نجح البروتوكول في جمع 9 ملايين دولار من خلال بيع عام على CoinList ، مع مستثمرين بما في ذلك AppWorks و OIG Capital و DefinanceX و Oak Grove Ventures و Candaq Ventures و Ton و Across و Bitsmiley.
حاليا ، في سلاسل الكتل POS (إثبات الحصة) ، يضمن المدققون أمان الشبكة عن طريق قفل قدر معين من الحصة (مثل 32 ETH في Ethereum) للمشاركة في شبكة الإجماع. هذا يعني أن أمن سلاسل الكتل POS محمي اقتصاديا: فكلما زادت الحصة الإجمالية ، ارتفعت التكلفة أو الخسارة المحتملة لأي شخص يحاول مهاجمة الشبكة. تعتمد آلية المصادرة هذه على ميزة تعرف باسم "أمن المساءلة" ، والتي تسمح بمصادرة حصة المدقق إذا وقعوا على دول متضاربة. العقد الكاملة حيوية في الحفاظ على سلامة بلوكشين نقاط البيع. يقومون بتخزين جميع بيانات المعاملات ، والتحقق من توقيعات الإجماع ، والحفاظ على سجل المعاملات الكامل ، وتنفيذ تحديثات الحالة. تتطلب هذه المهام موارد حوسبة كبيرة وأجهزة متقدمة ؛ على سبيل المثال ، يتطلب تشغيل عقدة Ethereum كاملة ما لا يقل عن 2 تيرابايت من تخزين SSD. من ناحية أخرى ، تقلل العقد الخفيفة من متطلبات موارد الحوسبة عن طريق تخزين رؤوس الكتلة فقط ، مما يجعلها مناسبة للتحقق من معاملات / حالات محددة في تطبيقات مثل محافظ الهاتف المحمول والجسور عبر السلسلة. ومع ذلك ، تعتمد العقد الخفيفة على العقد الكاملة للحصول على معلومات الكتلة أثناء التحقق من المعاملة. في الوقت الحالي ، تتركز الحصة السوقية لمقدمي خدمات Node تماما ، مما يضر بالأمان والاستقلال والفورية. تستكشف هذه المقالة حلولا لتحقيق التوازن بين تكاليف الحصول على البيانات وزمن الوصول لتحقيق الأمان الأمثل للعقد الخفيفة.
قدمت Bitcoin التحقق البسيط من الدفع (SPV) كبروتوكول للعقد الخفيفة. يسمح SPV للعقد الخفيفة بالتحقق مما إذا كانت المعاملة مضمنة في كتلة معينة باستخدام دليل Merkle ورؤوس الكتلة. هذا يعني أن العقد الخفيفة تحتاج فقط إلى تنزيل رؤوس الكتلة للتحقق من نهائية المعاملة عن طريق التحقق من عمق الكتلة. وبالتالي ، فإن التكلفة الحسابية للتحقق من إجماع العقدة الخفيفة في Bitcoin منخفضة نسبيا. ومع ذلك ، في سلاسل الكتل POS مثل Ethereum ، تكون عمليات التحقق من الإجماع أكثر تعقيدا بطبيعتها. وهي تنطوي على الحفاظ على مجموعة كاملة من المدققين ، وتتبع تغييرات حصتهم ، وإجراء العديد من عمليات التحقق من التوقيع لشبكة الإجماع. بالإضافة إلى ذلك ، يعتمد أمان Pow Light Node على افتراض أن معظم العقد الكاملة صادقة. للتغلب على قيود SPV ، تقدم FlyClient والبراهين غير التفاعلية لإثبات العمل (Nipopow) إثباتات تكلفة دون خطية للعملاء. ومع ذلك ، فإن هذه الطرق أقل فعالية لنماذج إجماع نقاط البيع.
في سلاسل الكتل POS ، يتم تحقيق الأمن من خلال آلية المصادرة. يفترض هذا النظام أن المشاركين في الإجماع عقلانيون ، مما يعني أنهم لن يهاجموا الشبكة إذا تجاوزت التكلفة أي ربح محتمل. لخفض تكاليف التحقق ، يستخدم بروتوكول العقدة الخفيفة الحالي ل Ethereum لجنة مزامنة مكونة من 512 مدققا تم اختيارهم عشوائيا ، كل منهم يخزن 32 ETH ، لكن عملية التوقيع لا تخضع للمصادرة. وينطوي تصميم عدم المصادرة هذا على عيوب أمنية كبيرة؛ يمكن أن تؤدي التوقيعات غير النزيهة في لجنة المزامنة إلى تضليل العقد الخفيفة لقبول بيانات غير صالحة دون أي عقوبة. حتى مع وجود آلية مصادرة ، فإن الحصة الإجمالية للجنة SYNC صغيرة مقارنة بالمجموعة الواسعة من مدققي Ethereum (أكثر من 1 مليون اعتبارا من مارس 2024). لذلك ، لا توفر هذه الطريقة للعقد الخفيفة أمانا مكافئا لمجموعة مدقق Ethereum. هذا النموذج هو نوع خاص من الحسابات متعددة الأطراف في ظل إعدادات عقلانية ولكنه يفتقر إلى الضمانات الاقتصادية ويفشل في معالجة التهديدات من مزودي البيانات الخبيثين وغير العقلانيين.
لمواجهة تحديات الأمان والكفاءة في عملية تشغيل نظام الحصة المؤكدة ، يقدم بوبوس لعبة مقسمة لتحدي بشكل فعال شجرة ميركل المعادية لتوقيت الحصة المؤكدة. بينما يتم تحقيق الحد الأدنى من متطلبات المساحة وتجنب الحاجة لأن يكون العملاء متصلين على الإنترنت والحفاظ على الحصص ، لا يزال الأمر الخاص بالسماح للعملاء بالانسحاب عن الشبكة وإعادة الانضمام إليها دون تكبد تكاليف كبيرة بدون حل.
يستخدم نهج البحث الآخر الأدلة على عدم المعرفة لإنشاء أدلة موجزة. على سبيل المثال، تسهل مينا وبلومو التحقق الخفيف من التوافق باستخدام مجموعات snark العاكسة وأدلة انتقال الحالة القائمة على snark. ومع ذلك، تفرض هذه الأساليب أعباء حسابية كبيرة على منتجي الكتل لتوليد الأدلة ولا تعالج تعويض العقد الخفيفة عن الخسائر المحتملة. في بروتوكولات pos الأخرى (مثل بروتوكول tendermint في cosmos)، تم استكشاف دور العقد الخفيف في بروتوكول الاتصال بين السلاسل الكتلية (ibc) الخاص بهم. ولكن هذه التنفيذات مصممة خصيصًا للنظم البيئية الخاصة بهم وليست قابلة مباشرة للتطبيق على إيثيريوم أو سلاسل كتل pos الأخرى.
بشكل عام، يتضمن الخطة الجديدة وحدة أمان اقتصادي لتحقيق الأمان البرمجي، مما يتيح للعقد الخفيفة اختيار تصاميم مختلفة استنادًا إلى متطلبات الأمان الخاصة بها. تتبع الافتراضات الأمان مبدأ 1 / n + 1 / m، مما يعني أنه ما دام هناك عقدة صادقة وفعالة واحدة على الأقل في كل من شبكة العقد الكاملة وشبكة المفتش، يمكن للشبكة أن تعمل بشكل صحيح.
الخطة 1 تركز على ضمان موثوقية البيانات من خلال فترة تحدي وشبكة مفتشين. بمعنى بسيط، بعد أن تتلقى عقدة خفيفة البيانات الموقعة من قبل مزودي البيانات، تقوم بإعادة إرسال هذه البيانات إلى شبكة المفتشين للمراجعة. إذا تم اكتشاف أي بيانات احتيالية خلال فترة محددة، سيقوم المفتش بإخطار العقدة الخفيفة بأن البيانات غير موثوقة، وسيقوم وحدة المصادرة في العقد الذكي بمصادرة الرموز المراهنة من مزود البيانات. وإلا، يمكن للعقدة الخفيفة الاعتماد على موثوقية البيانات. العملية المحددة لعقدات الضوء لطلب البيانات هي كما يلي:
نقاط أخرى:
تقييم:
الخطة 2 تعتمد على الخطة الأولى من خلال إدخال آلية تأمين للتأكيد السريع للبيانات. ببساطة، بعد أن تحدد العقدة الخفيفة التأمين بناءً على مبلغ السياسة والمدة، يمكن استخدام جزء أو كل رهان مقدم البيانات لتعويض أي خسائر لاحقة تكبدها العقدة الخفيفة نتيجة للبيانات الخبيثة. يتيح هذا للعقدة الخفيفة إنشاء الإيمان الأولي بالبيانات بمجرد استلامها والتحقق من توقيع البيانات من قبل مقدم البيانات. العملية المحددة للعقدة الخفيفة لطلب البيانات هي كما يلي:
نقاط أخرى:
تقييم:
أولاً، بالنسبة لكفاءة حساب عقدة الضوء، تُظهر خطط كل من عقدات الضوء كفاءة التحقق على مستوى الجزء من الثانية (حيث تحتاج عقدات الضوء فقط إلى التحقق من البيانات مرة واحدة فقط). ثانيًا، بالنسبة لتأخر عقدة الضوء، بموجب تكوينات تجريبية مختلفة (كما هو موضح في الشكل أدناه)، يكون التأخير أيضًا على مستوى الجزء من الثانية. من المهم ملاحظة أن التأخير يزداد بشكل خطي مع عدد موفري البيانات لكنه يظل دائمًا على مستوى الجزء من الثانية. بالإضافة إلى ذلك، في الخطة الأولى، نظرًا لأن عقدة الضوء تحتاج إلى انتظار نتائج فترة التحدي، فإن التأخير يصل إلى 5 ساعات. إذا كان شبكة المفتشين موثوقة وكفؤة بما فيه الكفاية، يمكن تقليل هذا التأخير لمدة 5 ساعات بشكل كبير.
ثالثًا ، من حيث تكاليف العقدة الخفيفة ، في الواقع ، تتحمل العقد الخفيفة تكلفتين رئيسيتين: رسوم الغاز والاقتطاعات التأمينية ، وكلاهما يزيد مع قيمة السياسة. بالإضافة إلى ذلك ، بالنسبة للمفتشين ، سيتم رد رسوم الغاز المشاركة في تقديم البيانات بواسطة المبلغ المصادر لضمان التحفيزات الكافية للمشاركة.
ملاحظة: ستتم تثبيت الكتل المقترحة في النهاية أو ستصبح كتل عم ال
تقدم مخطط العقدة الخفيفة المقترح في هذه الورقة "الأمان القابل للبرمجة" لتلبية الاحتياجات الأمنية في مختلف الحالات. يعطي المخطط الأول الأولوية للأمان الأعلى على حساب زيادة التأخير، بينما يستخدم المخطط الثاني آلية التأمين لتقديم خدمات "التأكيد الفوري" للعقد الخفيفة. تنطبق هذه المخططات في السيناريوهات التي تتطلب نهائية المعاملات، مثل المعاملات الذرية والمعاملات عبر السلاسل الجانبية.