Proof of Validator：以太坊擴容路上關鍵的安全拼圖_DHT

今天，在以太坊研究論壇中悄然誕生了一個新的概念：Proof of Validator。

該協議機制允許網絡節點證明它們是以太坊驗證者，而無需透露它們具體的身份。

這和我們有什么關系？

一般情況下，市場更容易關注以太坊上某些技術創新所帶來的表層敘事，而很少提前深入研究技術本身。例如以太坊的上海升級、合并、從PoW轉到PoS以及擴容，市場只記住了LSD、LSDFi以及再質押的敘事。

但不要忘記，性能和安全是以太坊的重中之重。前者決定了上限，后者則決定了底線。

可以明顯看到，一方面以太坊一直在積極推進各種擴容方案來提升性能；但另一方面，擴容路上，除了自己修煉內功，也需要防范外來的攻擊。

例如，如果驗證節點被攻擊，導致數據不可用，那么一切構建在以太坊質押邏輯上的敘事和擴容方案，可能都會被牽一發而動全身。只是這種影響和風險躲在背后，最終用戶和投機者們難以察覺，有時甚至也不關心。

而本文要談到的 Proof of Validator，可能就是以太坊擴容路上關鍵的安全拼圖。

加密公司EGTPRO投入60萬美元為Elon Musk打造雕像:11月26日消息，加密公司EGTPRO投入60萬美元為Elon Musk打造一座雕像。該雕像將Elon Musk的頭像安放在一只DOGE（柴犬）身上，并讓這只DOGE騎在火箭雕像上。

EGTPRO表示打造這座雕像是一種商業營銷手段，是為了紀念Elon Musk，也為了引起加密社區對其加密貨幣Elon GOAT Token的關注。（Nerdbot）[2022/11/26 20:47:36]

既然擴容勢在必行，如何降低擴容過程中可能蘊含的風險，是一個不可回避的安全議題，它也與我們每一個圈內人休戚相關。

因此，有必要弄清楚新提出的 Proof of Validator的全貌。但由于技術論壇中的全文過于零碎和硬核，并且牽扯到了擴容諸多方案和概念，深潮研究院整合原帖和梳理必要的相關信息，對 Proof of Validator產生的背景、必要性和可能影響進行了解讀。

別著急，在正式介紹Proof of Validator之前，有必要搞清楚以太坊目前擴容的邏輯，和其中可能蘊含的風險。

以太坊社區正在積極推進多項擴容計劃。其中,數據可用性采樣 (簡稱DAS) 被視為最關鍵的一項技術。

跨鏈預言機Band Protocol宣布上線Oasis Network主網:1月27日，據官方消息，去中心化跨鏈預言機 Band Protocol 宣布上線 Oasis Network 主網，將為主網上的項目提供超過 230 個數據饋送服務。

此前報道，Oasis Network 是一個去中心化隱私計算平臺，將構建支持 DeFi、NFT、數據 Token 化和元宇宙的下一代去中心化應用程序。Oasis Foundation 于 2021 年 11 月啟動了一個 1.6 億美元的生態系統基金來資助該平臺生態建設。[2022/1/28 9:17:59]

其原理是將完整的區塊數據分割成若干“樣本（sample)”, 網絡中的節點只需要獲取與自己相關的少數樣本,就可以對完整區塊進行驗證。

這極大地降低了每個節點的存儲和計算量。換一個好理解的例子，這就類似我們抽樣調查,通過訪問不同人,可以總結出全體人群的總體狀況。

具體來說,DAS的實現方式簡述如下:

EpiK Protocol 銘識協議宣布完成500萬美元的機構融資:官方消息，去中心化知識圖譜和數據協作網絡EpiK Protocol 銘識協議，今日再宣布完成 500 萬美元的機構輪融資，獲得 GSR Matrix Fund（金沙江數字基金），ChainUP Capital, Spring Fund (1475)，Consensus Lab，Arcanum Capital，K24 Ventures，RedBlock，CatcherVC 和 7 O’Clock Capital 等機構加持，將共同助力EpiK加速生態搭建。

EpiK Protocol 銘識協議是一個去中心化的共建共享共益的安全可信知識圖譜協作平臺。旗下知識圖譜數據采集應用“知識大陸”將于本周三公開測試，用游戲化形式組織全球社區成員共建大規模開放知識圖譜數據庫。[2021/4/19 20:36:25]

區塊生產者把區塊數據分割成多個樣本。

每個網絡節點只取到其關注的少數樣本,而不是完整的區塊數據。

網絡節點可以通過獲取不同的樣本,來隨機采樣驗證完整區塊數據是否可用。

Asproex(阿波羅)生態通證Moon完成第一期回購銷毀:據官方消息，2020年8月24日，Asproex(阿波羅)生態通證Moon完成第一期回購銷毀，銷毀數量為513698枚Moon，區塊高度為10721197，銷毀交易哈希值為0xc58fb1ee38ef848e7886713a853a400f88cd29a2ed11c6dacde9a70a95ddeaf2。

據悉，此次銷毀價值總金額高達150000美金，幣價漲至0.2985U（實時數據）。本次Moon銷毀完成后，標志著Moon正式進入極致通縮時代，將助力Asproex(阿波羅)平臺生態社區的建設，激發Moon的深層價值。

Asproex（阿波羅）作為全球首家離岸銀行控股持牌交易平臺，也是一家涵蓋CTO企業通證上市的交易平臺，持有5國牌照，為全球中小微企業提供融資難的解決方案，助力數字化上市。[2020/8/24]

通過這種采樣,即使每個節點只處理少量數據,合起來也可以完整驗證整個區塊鏈的數據可用性。這可以使得區塊大小大幅提升,實現快速擴容。

但是，這種采樣方案有一個關鍵問題：海量樣本存儲在何處?這需要一整套去中心化網絡來支持。

這就給了分布式哈希表(DHT)機會大顯身手。

Orion Protocol發布公開測試網，BitMax作為交易所節點參與測試:據官方消息，流動性聚合平臺Orion Protocol于北京時間6月15日22點正式發布可連接的公開測試網。受Orion Protocol邀請，BitMax也將作為交易所節點參與測試，并后期成為第一個接入訂單簿的中心化交易所。Orion Protocol是鏈接多個交易所的流動性聚合平臺，能夠作為通用的交易網關直接接入各種各類去中心化的交易市場、流動性池以及以及中心化的交易平臺。近期，Orion Protocol發布了獨特的DYCO（Dynamic Coin Offering）的代幣發行機制，參與者可在16個月內獲得80%-100%的退款。更多詳情請至官網查詢。[2020/6/16]

DHT可以看作是一個巨大的分布式數據庫,使用哈希函數將數據映射到一個地址空間中,不同節點負責存取不同地址段的數據。它可以用于在海量節點中快速查找和存儲樣本。

具體來說,DAS將區塊數據分割成多份樣本后,需要將這些樣本分布到網絡中的不同節點上存儲。DHT可以提供一種去中心化的方法來存儲和檢索這些樣本,其基本思路是:

使用一致的哈希函數,將樣本映射到一個巨大的地址空間中。

網絡中的每個節點負責存儲和提供一個地址范圍內的數據樣本。

當需要某個樣本時,可以通過哈希查找對應地址,并在網絡中查找負責該地址范圍的節點,從中獲取樣本。

比如,按一定規則可將每個樣本哈希為一個地址,節點A負責0-1000號的地址,節點B負責1001-2000號的地址。

那么地址為599的樣本會存儲在節點A中。需要這個樣本時,通過同樣的哈希查找地址599,再在網絡中查找負責該地址的節點A,從它那里獲取樣本。

這種方式打破了中心化存儲的局限,大大提升了容錯性和可擴展性。這正是DAS樣本存儲所需要的網絡基礎設施。

與中心化的存儲和檢索相比,DHT可以提高容錯性,避免單點故障,也能增強網絡的擴展性。此外,DHT還能幫助抵御DAS中提到的“sample hiding”等攻擊。

但是,DHT也存在一個致命弱點,那就是面臨Sybil攻擊的威脅。攻擊者可以在網絡中制造大量假節點,周圍的真實節點就會被這些假節點“淹沒”。

類比一下，一個誠實的小販被整排整排的假冒商品圍住,用戶就很難找到真品。這樣攻擊者就可以控制DHT網絡,導致樣本不可用。

舉例來說,要獲取地址1000的樣本,需要找到負責這個地址的節點。但是被攻擊者創建的成千上萬假節點包圍后,請求會被不斷導向假節點,而無法到達真正負責該地址的節點。結果是樣本無法獲取,存儲與驗證都失敗。

為了解決這個問題,需要在DHT上建立一個高信任的網絡層,僅由驗證者節點參與。但是DHT網絡本身無法識別節點是否為驗證者。

這就嚴重阻礙了DAS和以太坊擴容。有什么辦法可以抵御這種威脅,保證網絡的可信任性呢?

現在，讓我們回到這篇文章的重點：Proof of Validator。

在以太坊技術論壇中，今天 George Kadianakis , Mary Maller, Andrija Novakovic , Suphanat Chunhapanya 4人共同提出了這個方案。

它的總體構想是，如果我們能想出一種辦法，讓上一節DHT的擴容方案中，只允許誠實的驗證者加入DHT，那么想要發起女巫攻擊的惡意者，也必須質押大量ETH，在經濟上顯著提高作惡成本。

這個構想換一句我們更加熟悉的話來說，就是：我想在不知道你身份的前提下，知道你是個好人，并且能識別壞人。

這種有限信息的證明場景，零知識證明顯然能派上用場。

于是，Proof of Validator(下稱PoV)可用于建立一個只由誠實驗證節點組成的高可信DHT網絡,有效抵御女巫攻擊。

其基本思路是，讓每個驗證節點在區塊鏈上注冊一個公鑰,然后利用零知識證明技術,證明自己知悉這個公鑰對應的私鑰。這就相當于拿出自己的身份證明明自己是驗證節點。

此外，對于驗證節點的抗 DoS（拒絕服務） 攻擊，PoV還旨在隱藏網絡層上驗證者的身份。也就是說，該協議不希望攻擊者能夠分辨出哪個DHT節點對應于哪個驗證節點。

那么具體要怎么做？原帖用了大量的數學公式和推導，在此不做贅述，我們給出一個簡化的版本：

具體實現上,使用Merkle樹或Lookup表。比如利用Merkle樹，證明注冊公鑰存在于公鑰列表這棵Merkle樹中,然后證明從這個公鑰派生出的網絡通信公鑰是匹配的。整個過程利用零知識證明實現,不會泄露實際身份。

跳過這些技術細節，PoV最終實現的效果是：

只有通過身份驗證的節點才能加入DHT網絡,其安全性大大增加,可以有效抵御Sybil攻擊,防止樣本被故意隱藏或修改。PoV為DAS提供了一個可靠的基礎網絡,間接幫助以太坊實現快速擴容。

不過，當前PoV還處在理論研究階段,能否落地還存在不確定性。

但該貼的幾位研究員已經在小范圍進行了實驗，結果顯示，PoV在提出ZK證明的效率上，以及驗證者接收證明的效率還不錯。值得一提的是，他們實驗設備只是一臺筆記本，里面裝的還僅僅是一顆5年前的Intel i7處理器。

最后，當前PoV還處在理論研究階段,能否落地還存在不確定性。但是無論如何,它代表了區塊鏈通往更高擴展性的重要一步。作為以太坊擴容路線圖中的關鍵組件,它值得整個行業持續關注。

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