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區(qū)塊鏈危機!危險的共識算法

2018/03/09 16:28      鎂客網(wǎng) 纖塵


  就在幾天前,被譽為“中國以太坊”的NEO發(fā)生了因為出塊失敗導(dǎo)致整個平臺宕機、全網(wǎng)疑似癱瘓的嚴重情況。

  業(yè)內(nèi)爆料稱,導(dǎo)致NEO癱瘓的原因是其共識算法機制問題,正是其底層漏洞導(dǎo)致了癱瘓的發(fā)生。

  國外的加密貨幣研究者Eric Wall指出,NEO的DBFT算法底層設(shè)計存在致命的缺憾,甚至吐槽項目方?jīng)]有設(shè)計共識算法的經(jīng)驗。

  但同時我們詢問了NEO相關(guān)內(nèi)部人士,得到的答復(fù)是由于P2P通信協(xié)議問題引發(fā)的,且危機已在問題出現(xiàn)1小時之后解除。

  讓我們撇開這些理不清的內(nèi)幕不談,轉(zhuǎn)而來思考一個新問題:你有沒有想過,區(qū)塊鏈的最底層技術(shù),其實是有可能存在安全隱患的?

  共識算法是區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)技術(shù),也是隱患之源

  業(yè)內(nèi)頗為流行的一個說法是:比特幣是區(qū)塊鏈的第一個應(yīng)用,這個說法實際上等于承認了先有區(qū)塊鏈而后有比特幣,比特幣是區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。不知道中本聰當(dāng)初思考創(chuàng)造比特幣的時候腦里是否先有一個完整的區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)想?

  但是,其實我們在中本聰當(dāng)年所寫的白皮書Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System里,卻找不到一個叫Blockchain的詞。只是后來,人們將這個創(chuàng)造比特幣的原理視為一種全新的技術(shù),已經(jīng)是多年后的事情了。

  區(qū)塊鏈技術(shù)可以看作是創(chuàng)造一種點對點的公開賬本的技術(shù),它使用共識算法(比特幣使用的是PoW:Proof-of-Work)激勵礦工并維護網(wǎng)絡(luò)的安全。對于這類公開賬本系統(tǒng)來說,共識算法尤為重要,它涉及到區(qū)塊鏈一些最重要的概念。在比特幣之后,不同的共識算法相繼出現(xiàn),如Proof-of-Stake(PoS),Proof-of-Burn(PoB)等。

  但是,人們也一直在問:比特幣的價值來自哪里?它是否像法幣一樣具有強背書?會不會一夜之間變得分文不值?

  首先我們不去討論比特幣的實際價格究竟是怎么形成的,這不是我們討論的重點,但是有一點卻是無法繞過去的:

  如果提供這個虛擬貨幣的網(wǎng)絡(luò)本身有安全問題,如雙花、被盜、被第三方控制,則無論在它上面附加了如何多的價值,都會頃刻間化為烏有。

  區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的安全很大程度上由共識算法決定的,PoW是目前為止被實踐證明最為安全的共識算法;自比特幣誕生10年以來還沒有發(fā)生因共識算法而導(dǎo)致的安全事故。

  但是,盡管如此,卻也不代表PoW是絕對安全的。目前業(yè)內(nèi)普遍擔(dān)心,未來的量子計算機會對比特幣所使用的密碼學(xué)技術(shù)帶來巨大的挑戰(zhàn)。另外最為重要的是,區(qū)塊鏈如果應(yīng)用在具體的行業(yè)上,還需要解決一些根本的技術(shù)難題。其中最大的兩個技術(shù)難點就是安全性和擴展性。

  PoW共識算法太耗能,PoS方案的安全性得不到證明

  Proof-of-Stake(PoS)是由比特幣社區(qū)Bitcointalk成員Quantum Mechanic在2011年7月提出的。Sunny King創(chuàng)造了第一個使用PoS共識算法的加密貨幣—Peercoin。除此之外,Bitshares的創(chuàng)始人BM(Daniel Larimer)改進了PoS算法,推出了DPoS,并將此算法應(yīng)用到他后來的項目Steem和EOS上。

  Vitalik也在正努力完善Casper算法并打算將以太坊完全轉(zhuǎn)移到PoS上,Casper可以看作是持有人民主制。無論是Peercoin使用的最原始的PoS算法還是DPoS,在密碼學(xué)界的學(xué)者眼里看來都是沒有經(jīng)過嚴格數(shù)學(xué)證明的共識算法,安全性存在很大的疑問。

  僅僅從文章開頭提及的“NEO全網(wǎng)疑似癱瘓”的事件中(先姑且不論是不是共識算法導(dǎo)致的問題),我們就可以想象:這種安全隱患一旦爆發(fā),所帶來的災(zāi)難性后果將有多嚴重。

  為了更好理解PoS共識算法,我們可以這樣去理解,共識算法的設(shè)計核心在于設(shè)計一個隨機數(shù)產(chǎn)生器,防止任何人可以猜到誰是下一個區(qū)塊的打包者。PoW在這方面有天然的缺陷,因為網(wǎng)絡(luò)延遲的原因,前一個區(qū)塊打包者在競爭下一區(qū)塊的打包權(quán)利時具有一定的優(yōu)勢,而PoS方案很大程度上避免了這個缺陷是因為不同的設(shè)計機制,但早前的PoS算法存在其它的問題。

  共識算法:三難問題和“富者恒富,窮者恒窮”

  在共識算法的設(shè)計上,存在著一個著名的Trilemma(三難問題),這就是Secure(安全性)、Scalability(可擴展性)和Decentralization(去中心化)三者不可兼得,至少目前幾乎所有的區(qū)塊鏈項目都遇到這種挑戰(zhàn)。

  Vitalik批評EOS的設(shè)計是犧牲了去中心化來得到號稱上百萬次TPS(Tx Per Second)的能力。EOS所采用的DPOS似乎是目前其它很多項目所喜歡的選擇,但是DPOS也存在著上面所述的問題,面臨著諸多批評。

  我們先來看看它的安全性如何:在DPOS機制里,一旦發(fā)現(xiàn)有作惡的“代表”(節(jié)點),就會被剔除,以后不能參與這個“代表”的選舉,但是因為“代表”們本身不需要投入(stake),所以損失不大;但是存在一種這樣的可能性,如果是一次有預(yù)謀的伏擊,攻擊者可以選出大量的平時表現(xiàn)良好的自己的“代表”,而在特定的時間這些“代表”一起發(fā)動攻擊,就可能發(fā)生控制整個網(wǎng)絡(luò)的可能性;

  或者大多數(shù)人同時作惡(如對項目方或官方開發(fā)者極度不滿意),也避免不了這種極端情況的發(fā)生。另外,這類PoS設(shè)計避免不了分叉的沖動,因為用戶可以同時在兩條鏈上獲得獎勵。

  同時,前期的PoS算法設(shè)計都存在一個“富者恒富,窮者恒窮”的問題,因為經(jīng)典PoS算法的原理是“誰擁有更多的幣誰就有更大的話語權(quán)”。這當(dāng)然可以狡辯,譬如你也可以去買大量的幣來競爭啊,而且還可以把價格抬上去,因為有需求的人越來越多,看上去好像是一個多贏的局面。這樣是不是幣價可以無限的抬上去?因為大家都hold住幣去進行“賭博”(bet),就為了得到相應(yīng)的獎勵,而市場上流動的幣就越來越少了。

  這顯然不符合經(jīng)濟學(xué)基本原理。

  極端的一些情況是假如幾個人或組織擁有80%以上的token,就可以控制整個網(wǎng)絡(luò)了?這在一些團隊擁有絕大部分token的項目里問題尤其突出,如果一個公共的區(qū)塊鏈平臺由幾個這樣的大戶控制著,這跟區(qū)塊鏈的去中心化理念是相悖的。

  此外,這樣的平臺會失去公信力,時間久了人們會選擇離開,這又會把它的價值打回原形。Ethereum的Casper也存在同樣的問題,它甚至設(shè)置了一個最小參與量:1250ETH!那就是等于說窮鬼就不要指望了。

  如果你的銀行客戶經(jīng)理告訴你,你的存款要達到1000萬人民幣才會有利息,你會怎么選擇?

  無論是DPOS,還是Casper,都會一定程度上導(dǎo)致中心化。

  下一代共識算法Wuji PoS,有望解決安全隱患?

  正是基于以上種種安全隱患,業(yè)界紛紛開始尋求一種更安全的共識算法,試圖解除區(qū)塊鏈技術(shù)中的固有缺陷。有消息稱,Gödel Labs項目的工程師們正在開發(fā)一種被譽為下一代PoS共識算法或PoS 2.0共識算法:Wuji PoS。

  據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露稱,Wuji PoS是一個可證明的安全共識算法協(xié)議,被用來創(chuàng)建一個可擴展的和安全的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。未來,它將被應(yīng)用在一個全新的計算平臺Tangrum上。

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