Serie Eth2 Staking: Consenso de fragmentación

La fragmentación es una de las muchas mejoras de eth2 en comparación con eth1. "Fragmento" se toma prestado de la investigación de bases de datos para referirse a una parte de los datos generales. Al igual que el contexto de la base de datos, en eth2, la fragmentación significa dividir el almacenamiento y la computación de todo el sistema en fragmentos, procesar cada fragmento de forma independiente y luego combinar los resultados según los requisitos. Para ser precisos, eth2 implementará una cadena de muchos fragmentos, donde cada fragmento tiene una funcionalidad similar a la cadena eth1, lo que es un gran impulso para la escalabilidad.

Sin embargo, existe un tipo de fragmentación menos conocido en eth2. Desde el punto de vista del diseño del protocolo, esto es quizás aún más emocionante: el consenso de fragmentos de entrada.

Consenso de fragmentos

Así como el nodo más lento tiene un poder de procesamiento limitado, el rendimiento de toda la red será limitado y los recursos informáticos de un solo validador también limitan la cantidad total de validadores que pueden participar en el consenso. Dado que cada nuevo validador que se une crea trabajo adicional para todos los demás validadores en el sistema, el validador con menos recursos no podrá seguir participando (ya que los votos de otros validadores ya no se pueden rastrear). Con este fin, la solución de eth2 es fragmentar el consenso.

Diseño "dividido"

En eth2, el tiempo se divide en dos tipos de períodos, ranuras y épocas.

Una ranura (slot) se refiere al marco de tiempo de 12 segundos durante el cual idealmente se agregará un nuevo bloque a la cadena. Un bloque es un mecanismo que, además de empaquetar transacciones, también contendrá votos validadores.

Una época consta de 32 intervalos de tiempo (6,4 minutos), durante los cuales la cadena de balizas realiza todos los cálculos necesarios para mantener la cadena, incluida la prueba y finalización de nuevos bloques, y la aplicación de recompensas y castigos para los validadores.

Como se discutió en el primer artículo de esta serie, los validadores se organizan en comités para realizar su trabajo. En cualquier momento, cada validador es miembro tanto de una cadena de balizas como de un comité de cadena de fragmentos, y debe realizar una certificación cada época, donde la certificación es para una época que se ha propuesto Votos por bloques de balizas en las ranuras.

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El modelo de seguridad del consenso de fragmentos Eth2 se basa en la idea de que un comité es una representación estadística más o menos precisa de todo el conjunto de validadores.

Por ejemplo, tenemos una situación en la que hay un 33% de validadores maliciosos en el conjunto, entonces es muy probable que acaben en el mismo comité. Esa es una vista horrible para un modelo de seguridad.

Así que tenemos que encontrar una manera de prevenir esta situación. En otras palabras, debemos asegurarnos de que si el 33 % de los validadores son maliciosos, solo alrededor del 33 % de los validadores maliciosos se pueden asignar a un comité como máximo.

Esto lo podemos lograr de dos maneras:

1. Asignación aleatoria garantizada de los miembros del comité

2. Debe haber un número mínimo de validadores en cada comité

Como ejemplo: con 128 validadores muestreados aleatoriamente por comité, es muy poco probable (probabilidad menor a 2^-40) que 1/3 de los validadores maliciosos controlen 2/3 de los comités.

Diseño "Combinado"

Los votos del validador son certificaciones. Una demostración consta de muchas partes:

1. Vota por el líder actual de la cadena de balizas

2. Vote sobre qué bloque de baliza debe certificarse/finalizarse

3. Votar sobre el estado actual de la cadena de fragmentos

4. Firmas de todos los validadores que votaron a favor

Al agregar tantos elementos como sea posible en una atestación, se puede aumentar la eficiencia general del sistema. Este efecto es posible porque los nodos solo necesitan calcular las certificaciones para conocer el estado de la cadena de balizas y cada cadena de fragmentos, sin votar ni firmar el bloque de balizas y el bloque de fragmentos. Realizar una inspección independiente.

Si cada validador produce su propia atestación, y cada atestación debe ser verificada por todos los demás nodos, entonces el costo de ser un nodo eth2 será muy alto. Ese es el problema que resuelve la agregación.

Las certificaciones están diseñadas para seguir el concepto de combinación fácil.Si dos o más verificadores tienen certificaciones para el mismo voto, los campos de firma de estas certificaciones se pueden agregar a una certificación para verificar estas combinaciones. Esta es la agregación de pruebas.

Por su estructura, los votos dentro del comité se pueden agregar, ya que los validadores asignados al mismo fragmento deben votar lo mismo por ese estado del fragmento y la cadena de balizas. Este es el mecanismo por el cual eth2 escala los validadores. Al asignar validadores a los comités, los validadores solo necesitan seguir a otros validadores en el mismo comité, y solo necesitan verificar muy pocas certificaciones agregadas de otros comités.

Agregación de firmas

Eth2 utilizará firmas BLS, un esquema de firma fácil de agregar definido en múltiples curvas elípticas. En una curva particular, cada firma tiene 96 bytes.

Si el 10% del ETH total se compromete a eth2, habrá aproximadamente 350,000 validadores. Esto significa que el tamaño de la firma para una época será de 33,6 MB, lo que equivale a unos 7,6 GB por día. Si sigue esta tendencia, la falacia de que el tamaño del estado de eth1 alcance 1 TB en 2018 se hará realidad dentro de los 133 días posteriores a la implementación de eth2 (y solo en función de las firmas).

La belleza de la firma BLS es que se puede agregar: si Alice genera la firma A y Bob firma los mismos datos que B, entonces las firmas de Alice y Bob se pueden agregar a la firma C (C = A + B), por lo tanto, para el almacenamiento e inspección. Al usar la agregación de firmas, cada comité solo necesita almacenar y verificar una firma. De esta forma, los requisitos de almacenamiento diario se reducen a menos de 2 MB.

Conclusión

Al asignar validadores a los comités, el esfuerzo requerido para validar eth2 se reduce en órdenes de magnitud.

Para los validadores en la cadena de balizas y todas las cadenas de fragmentos, solo necesitan mirar las atestaciones agregadas para cada comité.  Esto permite que los nodos conozcan tanto el estado de cada fragmento como las opiniones de los validadores sobre qué bloques se agregaron a la cadena.

En general, el mecanismo del comité ayuda a eth2 a lograr dos objetivos de diseño: es posible participar en la red eth2 en una computadora portátil de nivel de consumidor, y eth2 debe admitir tantos verificadores como sea posible para lograr la máxima descentralización.

Los números quizás sean más reveladores, mientras que la mayoría de los protocolos PoS tolerantes a fallas bizantinas pueden escalar a docenas de validadores (y en algunos casos, incluso cientos), eth2 puede admitir cientos de miles de validadores y la seguridad puede garantizarse sin comprometer la latencia de la red. y rendimiento.

Indique al reimprimir: ECN Ethereum China

Fuente | Blog de Ethereum

Por | Carl Beekhuizen

Un agradecimiento especial a Sacha Yves Saint-Leger y Joseph Schweitzer por la revisión.

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