a16z: Thảo luận chuyên sâu về kinh tế học mật mã của cơ chế PoS Slashing

Các mô hình hiện có

Trong phần này chúng ta sẽ mô tả ngắn gọn về Byzantine và lý thuyết trò chơi. những thiếu sót của họ.

Mô hình Byzantine

Mô hình Byzantine quy định rằng tối đa một tỷ lệ nhất định () của các nút có thể đi chệch khỏi các hành động được chỉ định của giao thức và thực hiện bất kỳ hành động nào họ chọn, trong khi các nút còn lại vẫn tuân thủ giao thức. Việc chứng minh rằng một giao thức PoS cụ thể có khả năng chống lại các hành động Byzantine mà các nút đối thủ có thể thực hiện là một vấn đề rất quan trọng.

Ví dụ: hãy xem xét giao thức đồng thuận PoS chuỗi dài nhất, trong đó tính sống động được ưu tiên hơn tính bảo mật. Nghiên cứu ban đầu về tính bảo mật của sự đồng thuận chuỗi dài nhất, tập trung vào việc chứng minh tính bảo mật chống lại một cuộc tấn công cụ thể (tức là cuộc tấn công chi tiêu kép riêng tư, trong đó tất cả các nút Byzantine thông đồng riêng tư để xây dựng một chuỗi thay thế và sau đó sử dụng nó khi nó dài hơn chuỗi dài nhất) trước khi công khai). Tuy nhiên, hiện tượng không có gì bị đe dọa tạo cơ hội đề xuất nhiều khối sử dụng cùng một cổ phần và sử dụng tính ngẫu nhiên độc lập để tăng khả năng xây dựng các chuỗi riêng tư dài hơn. Mãi về sau, nghiên cứu sâu rộng mới được tiến hành để chỉ ra rằng một số cấu trúc nhất định của giao thức đồng thuận PoS chuỗi dài nhất có khả năng chống lại mọi cuộc tấn công chống lại các giá trị nhất định. (Để biết thêm chi tiết, hãy xem Mọi thứ đều là một cuộc đua và Nakamoto luôn thắng‌ và PoSAT: Tính khả dụng và không thể đoán trước của Bằng chứng công việc‌ khi không có công việc‌)

Toàn bộ lớp giao thức đồng thuận Byzantine Fault Tolerant (BFT) ưu tiên tính bảo mật hơn là tính sống động. Họ cũng cần giả sử một mô hình Byzantine để chứng minh rằng, đối với giới hạn trên của , các giao thức này chắc chắn an toàn trước mọi cuộc tấn công. (Xem HotStuff: Sự đồng thuận BFT trong lăng kính Blockchain‌, STREAMLET‌, Tendermint‌ để biết thêm chi tiết.)

Mặc dù mô hình Byzantine hữu ích nhưng nó không tính đến tính đến bất kỳ ưu đãi tài chính nào. Từ góc độ hành vi, một số nút này có bản chất hoàn toàn đối nghịch, trong khi tập hợp con (1-) của các nút hoàn toàn tuân thủ các thông số kỹ thuật của giao thức. Ngược lại, một tỷ lệ lớn các nút trong giao thức PoS có thể được thúc đẩy bởi lợi ích tài chính và chạy các phiên bản sửa đổi của giao thức có lợi cho lợi ích riêng của chúng, thay vì chỉ tuân thủ các thông số kỹ thuật đầy đủ của giao thức. Để đưa ra một ví dụ nổi bật, hãy xem xét tình hình của giao thức Ethereum PoS. Ngày nay, hầu hết các nút không chạy giao thức PoS mặc định mà chạy giao thức đã sửa đổi MEV-Boost. Điều này là do việc tham gia vào thị trường đấu giá MEV sẽ tạo ra phần thưởng bổ sung. và chạy các giao thức chuẩn chính xác không có phần thưởng bổ sung này.

Mô hình cân bằng lý thuyết trò chơi

Mô hình cân bằng lý thuyết trò chơi cố gắng giải quyết vấn đề bằng cách sử dụng Nash khái niệm trạng thái cân bằng, v.v. để nghiên cứu xem liệu các nút hợp lý có động cơ kinh tế để tuân theo một chiến lược nhất định hay không khi tất cả các nút khác cũng tuân theo chiến lược tương tự, từ đó giải quyết những thiếu sót của mô hình Byzantine. Cụ thể hơn, giả sử rằng mọi người đều hợp lý, mô hình sẽ điều tra hai câu hỏi:

Nếu tất cả các nút khác tuân theo chính sách do giao thức chỉ định thì tôi sẽ thực hiện tương tự chiến lược do giao thức chỉ định mang lại lợi ích tài chính lớn nhất?

Nếu mọi nút khác đều thực thi cùng một chính sách sai lệch giao thức, thì việc tôi vẫn tuân theo chính sách do giao thức chỉ định có được khuyến khích nhất không?

Lý tưởng nhất là giao thức nên được thiết kế để đảm bảo rằng câu trả lời cho cả hai câu hỏi là "có".

Một thiếu sót cố hữu của mô hình cân bằng lý thuyết trò chơi là nó loại trừ các tình huống trong đó các tác nhân ngoại sinh có thể ảnh hưởng đến hành vi của nút. Ví dụ: một tác nhân bên ngoài có thể đặt hối lộ để khuyến khích các nút hợp lý hành động theo chiến lược đã quy định của họ. Một hạn chế khác là nó giả định rằng mỗi nút có một cơ quan độc lập có thể tự quyết định chiến lược nào sẽ theo đuổi dựa trên các động lực kinh tế hoặc ý thức hệ của nó. Nhưng điều này không bao gồm các tình huống trong đó một nhóm nút thông đồng để hình thành một cartel hoặc khi tính kinh tế theo quy mô khuyến khích việc tạo ra một thực thể tập trung về cơ bản kiểm soát tất cả các nút đặt cược.

Tách chi phí hối lộ khỏi lợi nhuận hối lộ

Một số nhà nghiên cứu đã đề xuất mô hình phân tích hối lộ để phân tích tính bảo mật của bất kỳ giao thức PoS nào, mặc dù chưa có ai sử dụng nó để phân tích sâu hơn. Mô hình bắt đầu bằng cách đặt ra hai câu hỏi: (1) Chi phí tối thiểu cần thiết để bất kỳ đối thủ nào thực hiện thành công một cuộc tấn công bảo mật hoặc sự sống động trên giao thức là bao nhiêu? (2) Lợi nhuận tối đa mà kẻ thù có thể thu được từ việc thực hiện thành công một cuộc tấn công bảo mật giao thức hoặc sự sống động là bao nhiêu?

Đối thủ trong vấn đề có thể là:

Một nút đơn phương đi chệch khỏi chiến lược được chỉ định trong thỏa thuận;

Một nhóm Nút tích cực hợp tác với nhau để phá hoại giao thức hoặc

đối thủ bên ngoài cố gắng gây ảnh hưởng đến quyết định của nhiều nút thông qua các hành động bên ngoài như hối lộ;

Tính toán Các chi phí liên quan cần tính đến mọi chi phí phát sinh từ hối lộ, mọi hình phạt tài chính phát sinh từ việc thực hiện các chiến lược Byzantine, v.v. Một lần nữa, việc tính toán lợi nhuận là bao gồm tất cả và bao gồm các phần thưởng trong giao thức thu được từ việc tấn công thành công giao thức, mọi giá trị thu được từ DApp nằm trên giao thức PoS, nắm giữ các dẫn xuất liên quan đến giao thức trên thị trường thứ cấp và lợi nhuận từ cuộc tấn công. Lợi nhuận từ những biến động trong tương lai, v.v.

So sánh giới hạn dưới của chi phí tối thiểu để bất kỳ đối thủ nào tiến hành một cuộc tấn công (chi phí hối lộ) với giới hạn trên của lợi nhuận tối đa mà đối thủ có thể thu được (lợi nhuận hối lộ) cho thấy giao thức tấn công mang lại lợi nhuận kinh tế (lưu ý: mô hình này đã được sử dụng để phân tích Augur và Kleros), cho chúng ta một phương trình đơn giản:

Lợi nhuận hối lộ – Chi phí hối lộ = Tổng lợi nhuận

Nếu tổng lợi nhuận dương thì đối thủ có động cơ để tiến hành một cuộc tấn công. Trong phần tiếp theo, chúng ta xem xét việc chặt chém có thể làm tăng chi phí hối lộ và giảm hoặc loại bỏ tổng lợi nhuận như thế nào. (Lưu ý rằng một ví dụ đơn giản về giới hạn lợi nhuận hối lộ là tổng giá trị tài sản được bảo vệ bởi giao thức PoS. Có thể thiết lập các giới hạn phức tạp hơn để tính đến các bộ ngắt mạch nhằm hạn chế việc chuyển giao tài sản trong một khoảng thời gian. Chi tiết về các phương pháp giảm thiểu và hạn chế lợi nhuận hối lộ Nghiên cứu nằm ngoài phạm vi của bài viết này)

2.

Chém là một cách để các giao thức PoS trừng phạt một cách kinh tế một nút hoặc một nhóm nút vì thực hiện một chiến lược khác biệt rõ ràng với các thông số kỹ thuật của giao thức nhất định. Thông thường, để thực hiện bất kỳ hình thức cắt giảm nào, mỗi nút trước đó phải cam kết một lượng cổ phần nhất định làm tài sản thế chấp. Trước khi phân tích sâu về chặt chém, đầu tiên chúng ta sẽ nghiên cứu các yếu tố nội sinh Mã thông báo Các hệ thống PoS, những hệ thống này Mã thông báo phụ thuộc Mã thông báo Độc tính thay thế cho việc chém.

Chúng tôi chủ yếu tập trung nghiên cứu cơ chế xử phạt các hành vi vi phạm an ninh hơn là các hành vi vi phạm chủ động. Chúng tôi đề xuất giới hạn này vì hai lý do: (1) các vi phạm bảo mật hoàn toàn có thể quy cho một số giao thức PoS dựa trên BFT, nhưng các vi phạm về mức độ hoạt động không phải do bất kỳ giao thức nào và (2) các vi phạm bảo mật nói chung nghiêm trọng hơn các vi phạm về mức độ hoạt động. mất tiền của người dùng thay vì người dùng không thể đăng giao dịch.

Điều gì sẽ xảy ra nếu không bị tịch thu?

Hãy xem xét một giao thức PoS bao gồm N nút hợp lý (không có nút Byzantine hoặc nút vị tha). Chúng ta hãy giả sử, để đơn giản cho việc tính toán, mỗi nút gửi một lượng cổ phần bằng nhau. Trước tiên hãy thảo luận Mã thông báo Mức độ độc hại như thế nào không đảm bảo chi phí hối lộ đáng kể. Để thống nhất trong toàn bộ tài liệu, chúng tôi cũng giả định rằng giao thức PoS được sử dụng là giao thức BFT có ngưỡng đối thủ.

Mã thông báo Độc tính thôi chưa đủ

Quan điểm chung là Mã thông báo Độc tính bảo vệ giao thức đặt cược khỏi mọi cuộc tấn công vào tính bảo mật của nó. Mã thông báo Tính độc hại ngụ ý rằng nếu giao thức bị tấn công thành công, cơ sở để đặt cược vào giao thức Mã thông báo sẽ mất giá trị, do đó ngăn cản các nút tham gia tấn công giao thức. Hãy xem xét kịch bản trong đó 1/3 số người đặt cược tham gia lực lượng: các nút này có thể hợp tác để làm suy yếu tính bảo mật của giao thức. Nhưng câu hỏi đặt ra là liệu điều này có thể được thực hiện mà không bị trừng phạt hay không?

Nếu vốn chủ sở hữu đã được ký gửi Mã thông báo Tổng giá trị phụ thuộc hoàn toàn vào tính bảo mật của giao thức, do đó, bất kỳ cuộc tấn công nào vào tính bảo mật của giao thức đều có thể làm giảm tổng giá trị của nó xuống 0. Tất nhiên, trong thực tế, nó không giảm trực tiếp về 0 mà giảm xuống một giá trị nhỏ hơn nào đó. nhưng để trình diễn Mã thông báo Trường hợp độc tính mạnh nhất có thể xảy ra, chúng tôi sẽ giả định ở đây Mã thông báo Độc tính hoạt động hoàn hảo. Chi phí hối lộ của bất kỳ cuộc tấn công nào vào giao thức sẽ do một nút hợp lý tấn công hệ thống nắm giữ Mã thông báo , họ phải sẵn sàng mất tất cả giá trị này.

Bây giờ chúng tôi phân tích tình huống không có hình phạt Mã thông báo Khuyến khích thông đồng và hối lộ trong các hệ thống PoS độc hại. Giả sử rằng đối thủ bên ngoài đặt các điều kiện hối lộ như sau:

Nếu nút thực hiện theo chiến lược do đối thủ hướng dẫn nhưng cuộc tấn công vào giao thức không thành công, nút nhận được phần thưởng B1 từ đối thủ.

Nếu nút tuân theo chiến lược do đối thủ chỉ ra và cuộc tấn công vào giao thức thành công, nút đó sẽ nhận được phần thưởng B2 từ đối thủ.

Đối với các nút gửi vốn chủ sở hữu S, chúng ta có thể rút ra ma trận lợi ích sau, trong đó R là phần thưởng khi tham gia giao thức PoS:

Giả sử đối phương đặt ra lợi ích hối lộ tới B1>R và B2>0. Trong trường hợp này, bất kể các nút khác áp dụng chiến lược nào (chiến lược thống trị), phần thưởng khi nhận hối lộ từ đối thủ sẽ cao hơn bất kỳ chiến lược nào khác mà nút đó có thể áp dụng. Nếu 1/3 số nút khác chấp nhận hối lộ, họ có thể tấn công tính bảo mật của giao thức (điều này là do chúng tôi giả định rằng chúng tôi đang sử dụng giao thức BFT có ngưỡng đối thủ là ). Bây giờ, ngay cả khi nút hiện tại không nhận hối lộ, vì Mã thông báo Độc tính (ô trên cùng bên phải trong ma trận), Mã thông báo Dù sao thì nó cũng sẽ mất giá trị. Do đó, việc một nút chấp nhận hối lộ B2 là có động lực tương thích. Nếu chỉ một phần nhỏ các nút chấp nhận hối lộ thì Mã thông báo Không có giá trị nào bị mất, nhưng nút được hưởng lợi từ việc từ bỏ phần thưởng R và thay vào đó nhận được B1 (cột bên trái trong ma trận). Nếu 1/3 số nút đồng ý nhận hối lộ và cuộc tấn công thành công thì tổng chi phí mà đối phương phải trả ít nhất là /3 B2, là giá của hối lộ. Tuy nhiên, điều kiện duy nhất đối với B2 là nó phải lớn hơn 0 nên có thể đặt B2 gần bằng 0, nghĩa là chi phí hối lộ là không đáng kể. Cuộc tấn công này được gọi là cuộc tấn công "P +".

Một cách để tóm tắt tác động này là, Mã thông báo Độc tính thôi chưa đủ vì hậu quả của hành vi xấu mang tính xã hội: Mã thông báo Độc tính mất giá trị hoàn toàn Mã thông báo Giá trị của , có tác động như nhau đối với các nút tốt và các nút xấu. Mặt khác, lợi ích của việc hối lộ được tư nhân hóa và chỉ giới hạn ở những nút hợp lý thực sự nhận hối lộ. Không có hậu quả riêng lẻ nào đối với những người nhận hối lộ, tức là không có phiên bản "nghiệp chướng" hiệu quả nào trong hệ thống này.

Mã thông báo Có phải độc tính luôn có tác dụng?

Một tuyên bố gây hiểu lầm phổ biến khác trong hệ sinh thái là mọi giao thức PoS đều có thể vượt qua Mã thông báo Độc tính được bảo vệ ở một mức độ nào đó. Nhưng trên thực tế, Mã thông báo Các biện pháp khuyến khích ngoại sinh độc hại không thể được mở rộng sang một số loại giao thức nhất định trong đó mệnh giá được sử dụng làm vật cam kết Mã thông báo Việc định giá không phụ thuộc vào giao thức chạy an toàn. Một ví dụ như vậy là giao thức đặt cược lại như EigenLayer, trong đó ETH được giao thức Ethereum sử dụng được tái sử dụng để đảm bảo tính kinh tế của các giao thức khác. Hãy cân nhắc sử dụng EigenLayer để đặt cược lại 10% ETH của bạn nhằm thực hiện xác thực chuỗi bên mới. Ngay cả khi tất cả các nhà đầu tư trong EigenLayer hợp tác để thực hiện hành vi sai trái bằng cách tấn công tính bảo mật của sidechain, giá ETH khó có thể giảm. Vì vậy, Mã thông báo Tính độc hại không thể chuyển sang các dịch vụ đặt cược nhiều, có nghĩa là chi phí hối lộ bằng 0.

Hình phạt không giúp ích gì?

Trong phần này, chúng tôi giải thích tại sao việc chặt chém có thể làm tăng đáng kể chi phí hối lộ trong hai tình huống:

Giao thức phi tập trung trong hối lộ;

Mã thông báo Giao thức PoS với độc tính không thể chuyển nhượng;

Ngăn chặn hối lộ

Các giao thức có thể sử dụng tính năng chặt chém để tăng đáng kể chi phí tham nhũng đối với những kẻ thù bên ngoài đang cố gắng tấn công hối lộ. Để giải thích điều này rõ hơn, chúng tôi xem xét ví dụ về chuỗi PoS dựa trên BFT yêu cầu chuỗi gốc Mã thông báo số cổ phần và ít nhất trong tổng số cổ phần phải bị vi phạm để xảy ra bất kỳ cuộc tấn công thành công nào vào tính bảo mật của nó (dưới hình thức ký hai lần). Người ta cho rằng một đối thủ bên ngoài có thể hối lộ tổng số cổ phần ít nhất để thực hiện ký kết kép. Bằng chứng về việc ký hai lần có thể được gửi tới một fork chuẩn, điều này sẽ cắt bỏ các nút nhận hối lộ từ đối thủ và ký hai lần. Giả sử rằng mỗi nút cam kết S Mã thông báo và tất cả đều bị mất Mã thông báo bị phá hủy, chúng ta nhận được ma trận lợi ích sau:

Với việc chém, nếu nút đồng ý nhận hối lộ và cuộc tấn công được thực hiện không thành công thì cổ phần S bị gạch chéo trong phép chia chính tắc (ô ở góc dưới bên trái của ma trận), trái ngược với kịch bản hối lộ trước đó không có cơ chế gạch chéo. Mặt khác, ngay cả khi cuộc tấn công thành công, nút sẽ không mất phần S của nó trong ngã ba chuẩn (ô phía trên bên phải của ma trận). Nếu tổng số tiền cần phải hối lộ để cuộc tấn công thành công thì chi phí hối lộ ít nhất phải bằng /3 S, cao hơn đáng kể so với chi phí hối lộ khi không có cơ chế chém.

Đã nhắm mục tiêu Mã thông báo Bảo vệ độc tính không thể chuyển nhượng

Ở một số Mã thông báo Trong các giao thức PoS nơi việc định giá không bị ảnh hưởng bởi bảo mật giao thức, Mã thông báo Độc tính không thể chuyển nhượng được. Trong nhiều hệ thống này, giao thức PoS nằm trên một giao thức cơ bản khác. Sau đó, giao thức cơ sở chia sẻ bảo mật với giao thức PoS bằng cách triển khai cơ chế giải quyết tranh chấp trên giao thức cơ sở để giải quyết tranh chấp và trao cho cơ quan giao thức cơ sở quyền cắt giảm các nút liên quan đến giao thức PoS.

Ví dụ: nếu một hành động Byzantine trong giao thức PoS được quy cho một nút đối thủ trong giao thức cơ sở một cách khách quan, thì tính công bằng của nó trong giao thức PoS sẽ nằm trong giao thức cơ sở bị mất. Một ví dụ về giao thức PoS như vậy là EigenLayer, có tính năng đặt lại, cho phép các tác vụ xác minh khác nhau đạt được bảo mật từ giao thức cơ sở Ethereum. Nếu trong nhiệm vụ xác minh trên EigenLayer, nút đặt lại cổ phần áp dụng chiến lược Byzantine, trong đó hành vi của Byzantine có thể được quy cho một cách khách quan, thì có thể chứng minh rằng nút đó có thái độ thù địch với Ethereum và quyền lợi đặt cược của nó sẽ bị mất (bất kể đặt cược) lớn bao nhiêu). Giả sử rằng mỗi nút cam kết lại S và tất cả đều bị mất Mã thông báo bị phá hủy và phần thưởng R nhận được từ việc tham gia. Chúng tôi đã xây dựng ma trận phần thưởng sau: