盘点区块链达成“免信任性”的六种模型

以太坊爱好者 发布在 海盗号 39703

作者: Vitalik

翻译&校对: 闵敏 & 阿剑
 

对于许多区块链应用来说,免信任性都是最重要的特征之一。所谓的免信任性,就是应用的正常工作不以特定参与者按特定方式行事为前提,即使他们将来会在利益的驱使下做出意料之外的举动(也不能使应用的工作状况脱离预期)。区块链应用永远不可能实现完全免信任,但是有一些应用在免信任程度上远远高于另一些项目。如果我们想要朝着信任最小化迈出坚实的步伐,就得先辨别出信任程度的高低。

首先,我个人对信任的定义很简单:信任就是对其他人行为的假设。在疫情爆发前,你不会因为害怕别人突然捅你一刀而与刻意跟他人保持两米的距离。这就是一种信任:一方面是信任他人不会暴走,另一方面是信任法律制度对违法犯罪行为的约束力。当你运行其他人写的一段代码时,你相信他们是诚实的(不管是从人品的角度,还是从经济利益的角度),至少有足够多的人对这段代码进行过审计,知道里面没有 bug 。不自己种菜也是一种信任:相信会有足够多的人为了赚钱而生产粮食。你可以信任不同群体,信任的类型也多种多样。

为了分析区块链协议,我会将信任拆解成四个维度:

  • 你需要多少人如你预期的那样行事?
  • 总参与人数有多少?
  • 需要这些人出于什么动机如你预期的那样行事?需要他们是利他主义者,还是唯利是图者?是否需要避免他们之间产生协同?
  • 如果这些假设被打破了,对系统的破坏有多大?
现在,先让我们聚焦于前两个问题。通过下图,我们可以更加直观地看出:

绿色越深表示越健康。让我们详细分析以下几种情况:

  • 1 : 1:整个系统只有一个参与者。如果这名参与者确实如你预期的那样行事,系统就会正常运行。这就是传统的 “中心化” 模型,也是我们所要超越的模型。
  • N : N:“反乌托邦” 世界。系统中的所有参与者都要如你预期的那样行事,系统才能正常运行,如果有任意参与者失败,那也没有备份方案。
  • N/2 : N:这是区块链的运作方式 —— 如果大部分矿工(或 PoS 验证者)是诚实的,区块链就能正常运作。要注意的是,N 越大,N/2 就越有价值。相比只由少量矿工/验证者控制的区块链,矿工/验证者广泛分布的网络有趣得多。尽管如此,我们依然想要获得更高的安全性,因为还有 51% 攻击的问题存在。
  • 1 : N:在众多参与者中,只要有一名参与者如你预期的那样行事,整个系统就能正常运行。任何基于欺诈证明的系统都属于这一类。可信设置也是如此,不过在可信设置中,N 通常较小。要注意的是,N 越大越好!
  • 极少数 : N:在众多参与者中,只要有达到固定人数的小部分参与者如你预期的那样行事,整个系统就能正常运行。数据可用性检查(data availability check)就属于这一类。
  • 0 : N:系统无需依赖外部参与者即可正常运行。自我验证区块有效性就属于这一类。
尽管除 “0 : N” 之外的模型都是建立在 “信任” 基础上的,但是这些模型之间存在巨大差异!相信某个特定的人(组织)会如你所预期的那样行事,和相信任何一个人都会如你所预期的那样行事,二者之间有着天壤之别。相比 “N/2 : N” 和 “1 : 1”,“1 : N” 与 “0 : N” 更为接近。或许有人会觉得 “1 : N” 模型与 “1 : 1” 模型很像,因为这两种系统都依赖一名参与者,但实际上它们之间迥然不同:在 “1 : N” 系统中,如果这名参与者消失或作恶,换一名参与者即可;如果是 “1 : 1” 系统,你就只能束手无策。

尤其要注意的是,即使是你正在运行的软件,其正确性通常也取决于 “极少数 : N” 信任模型,以此确保软件代码出现 bug 时,会有人及时发现。在了解这一事实后,你就会发现,努力从 “1 : N” 模型转向 “0 : N” 模型如同为敞开窗户的房子安装防盗门。

另一个重要的区别在于,如果你的信任假设被打破,对系统的破坏有多大?在区块链上,最常见的两种故障类型是活性故障(liveness failure) 和 安全性故障(safety failure)。活性故障就是你暂时无法进行操作(例如,提币、将交易打包进区块、读取链上数据)。安全性故障就是出现了系统想要预防的情况(例如,无效块被添加到区块链上)。

以下列举了一些区块链 Layer 2 协议所采用的信任模型。我使用 “small N” 来指代 layer 2 系统本身的参与者集合,“big N” 来指代底层区块链的参与者。我的假设是 Layer 2 的社区总是小于其底层区块链的社区。另外,我所谓的 “活性故障” 特指代币长时间卡住的情况。无法使用系统但能即时提款的情况不算作活性故障。

  • Channel 类(包括状态通道、闪电网络等):使用 “1 : 1” 信任模型来确保活性(你的交易对手可以暂时冻结你的资金,不过你可以将资金分散到多个通道中,从而减轻负面影响),“N/2 : big N” 模型来确保安全性(攻击者可以通过 51% 攻击来偷走你的资金)。
  • Plasma(采用中心化运营方):使用 “1 : 1” 模型来确保活性(运营者可以临时冻结你的资金),“N/2 : big N” 模型来确保安全性(攻击者可以通过 51% 攻击来偷走你的资金)。
  • Plasma(采用半中心化运营方,如 DPOS):使用 “N/2 : small N” 模型来确保活性,“N/2 : big N” 模型来确保安全性。
  • Optimistic rollup:使用 “1 : 1” 或 “N/2 : small N” 模型来确保活性(取决于运营者的类型),“N/2 : big N” 模型来确保安全性。
  • ZK rollup:使用 “1 :small N” 模型来确保活性(如果运营者未能打包你的交易,你可以取回你的资金,如果运营者没有立即打包你的取款交易,就无法打包更多交易,你可以在 rollup 系统中任何一个全节点的帮助下自行提款。);不存在安全性故障风险。
  • ZK rollup(轻取款增强型):不存在活性故障风险和安全性故障风险。
最后是关于激励的问题:为了达到预期的效果,你所信任的参与者需要非常利他主义,一般利他主义,还是理性主义?默认情况下,“欺诈证明” 需要参与者是利他主义的,但是程度如何取决于计算的复杂性(详见 “验证者困境” ),而且有很多方法可以修改规则,使之变得理性。

如果我们增加一种方式来支付服务费,那么帮助他人从 ZK rollup 上取款的行为就是理性的,因此没必要担心无法退出 rollup 的问题。与此同时,如果整个社区都同意 不接受通过 51% 攻击创建的区块链(将交易历史回滚到很久之前,或审查很久之前的区块),就可以减轻其它系统的风险。

结论:如果你听到有人说某个系统 “依赖于信任”,一定要问清楚!这个系统是 “1 : 1” 模型、“1 : N” 模型还是 “N/2 : N” 模型?这个系统需要参与者是利他主义还是理性主义?如果是利他主义,参与者需要付出多大代价?如果假设被打破,那么你需要等待多久才能取回自己的资金?几个小时?几天?还是永远无法取回?搞清楚了这些问题,你才能决定要不要使用这个系统。

 

原文链接: https://vitalik.ca/general/2020/08/20/trust.html

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文章标签: 区块链
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