如果您曾经想知道为什么以太坊验证的成本如此之高,或者为什么节点可以如此计算密集,那么这篇论文就是为您准备的。从 SSF 到验证要求,这篇论文旨在揭开以太坊协议中内在权衡的隐藏世界。

特别感谢 ethereum.org 和 Hacken.io 对 SSF 动态和 Proto-Danksharding 研究的洞见。同时也感谢 Chainspace.co 为大众带来半中心化存储的宝贵使命。

概述:

以太坊是一个复杂的系统。几乎每个协议选择都会产生级联效应,从验证要求 (VR) 和安全性的规模到 TTF 权衡,每个 EIP 或网络改变,无论大小,都将影响网络的几乎每个角落。本文介绍了一些涉及某些众所周知的网络目标的隐藏影响的部分。

以太坊协议中实施的每个机制都会产生一些下游效应,例如,继 EIP-4844 Proto-Danksharding 实施之后,基础 Rollup 的交易量增加了约 200%。尽情享受这种简单性吧,因为这是本文中最简单的例子。远离可预测的效果,很明显,即使是核心协议机制也会对其他协议功能产生辐射效应;一个例子就是验证成本。

本节只是介绍这些概念,您需要继续阅读才能获得更多细节,但简而言之,增加验证成本会集中验证责任,阻止恶意活动,减少计算开销,并影响无数其他以太坊组件。这些影响中有一些是客观好的,有一些是坏的,还有一些是灰色地带。除了众多其他示例外,本文还概述了这些动态在几个关键以太坊组件之间的运作。有兴趣吗?很好。

计算开销和 TTF

SSF 或单槽终结性最近一直是一个被忽视的研究领域。被 ePBS、Verkle 实现和无数其他协议研究项目所掩盖。SSF 错过了影响研究阶段,几乎是盲目地被接受为未来的协议目标。虽然 SSF 本身应该是一个网络改进,但实现它的许多途径可能会对网络健康产生有害影响。尽管这是一种不太可能解决 TTF 问题的方法,但可以通过改变允许的终结时间来实现更快或更慢的终结时间。您可能会问,"为什么要增加允许的 TTF?"好吧,让我们从降低它的影响开始。

为了澄清,TTF 是以太坊网络为一笔交易提供至少 33% 的总网络 ETH 支持所需的时间。这个过程要求验证者对一个检查点给出超过三分之二的理由,然后必须有另一个经过证明的检查点跟随。这实际上提供了一个不可逆转的保证,即该块中的交易已得到共识并合法。许多 Dapps 如 L2 - Mainnet 桥接需要这种终结性保证,以确保存款已经完成。允许的 TTF 简化了检查点捆绑、块创建和证明过程,它代表了如果协议强制执行某个时间限制,完成这种终结性所需的总时间。

假设所有协议、网络、计算效率和瓶颈都最小化,可以粗略地假设改变允许的 TTF 将会对平均验证者计算开销产生线性影响。这些是非常粗略和理想化的情况,但它们确实为预期的网络影响提供了一个基线,当改变允许的 TTF 时。通过增加 pTTF 或减慢整个终结过程,可以预期计算要求会降低,在前述情况下,会呈线性下降。另一方面,通过减少 pTTF 或强制加快终结过程,可以预期计算开销会增加。以下是一些基本和理想化的等式,表示这种关系:

计算开销的变化:

CO_{new​}=CO_{old}​×\frac{TTF_{new}}{​TTF_{old}​​}COnew=COold×TTFnewTTFold

(TTF 的百分比变化proportionally影响计算开销的变化)

对计算开销的影响:

\textbf{Percent Impact On CO}=\frac{CO_{old}}{CO_{new}​−CO_{old}​​}×100Percent Impact On CO=COoldCOnew−COold×100

(基本百分比变化公式)

&&

\textbf{Percent Impact on CO}=\frac{TTF_{new}}{​TTF_{old}​​−1}×100Percent Impact on CO=TTFnewTTFold−1×100

(通过 TTF 的比例变化得出的计算开销的百分比影响)

再次强调,这些方程式并不代表实际网络影响,如果改变/强制执行 pTTF,但它确实提供了对计算要求的最小预期影响。

通过这些关系,可以得出一个尺度,揭示尽管减少 pTTF 并加快终结过程可能带来无数好处,但它对计算要求的影响将减少验证者数量,并使个人验证变得越来越困难。通过增加验证要求,较小的家庭验证者将被阻挡,为更大的计算中心提供更多空间,这将减少网络要求并降低 CO,从而可能再次吸引验证者。考虑到这些相互作用,验证者数量的影响仍然明显,但不会致命。

总结这一部分,很明显,当我们要求更快的 TTF 时,我们的计算开销就会增加,我们(可能)开始失去 PoS 的主要好处。根据以太坊基金会的说法,PoS 将能源需求降低 99% 以上,这很棒,但我们必须注意这是可变的,通过"蛮力"要求某些 TTF 便利可能会抵消 PoS 的这一主要好处。在我继续这篇论文的过程中,会出现一些模式,但我现在要透露的一个是,PoS 和 PoW 比您可能认为的更接近于一个光谱。两种 Sybil 抗性机制都提供了好处,但随着每一种便利的出现,它们都会被扭曲。在这种情况下,随着 TTF 的减少(可能通过强制执行的 pTTF)和我们向便利性移动,我们失去了一些共识身份,这可能导致严重的验证集中或更大的环境影响。

验证成本和安全性

探究验证成本(无论是计算上还是财务上)的世界,您可以发现验证成本和安全性之间的另一种权衡。传统意义上的验证成本是用户参与块组装所需的大额存款。这种存款激励良好行为,通过威胁处罚来实现,并减少验证者的动荡。BTC 和 ETH 之间的验证要求差异体现在威慑方式上,而 BTC 的准入成本仅在计算上(导致概率威慑),ETH 的验证要求是财务性的(导致价格威慑)。这两种威慑方式都使得恶意行为者发动破坏链条稳定的攻击变得过于昂贵。通过增加验证要求,可以更好地威慑恶意行为者,进一步保证链条完整性。然而,增加这种验证要求并不总是有利于链条。以验证权利和集中度为例。

验证权利和集中

随着验证成本的增加,越来越少的人能够参与验证过程,剩余的验证者被允许对网络活动承担更多责任。随着验证要求的增加,验证集中,网络操纵成为可能。"好事过头"的说法在此适用,因为没有高验证要求,恶意行为者有更多机会进行攻击,但如果验证权利过高,验证责任集中,网络主权受到损害。这些分布式账本的主要要点是它们能够让社区参与网络范围内的决策和区块组装。目前,比特币能够为社区验证贡献提供较低的进入门槛,而以太坊能够提供更公平的验证选择。简而言之,验证成本在两端影响网络安全,一端使社区验证更容易,但降低了恶意活动的成本,另一端验证集中,网络主权受到损害。最后要提的一点是,如果降低了验证要求,更多人将参与网络验证,从而增加了计算开销。这种机制与前述机制相互作用,形成了一个基于彼此的交互网络:

CR=计算要求,VR=验证要求,CO=计算开销

总结:

总的来说,这篇文章的目的不仅是列举单一的相互作用,还是提醒开发者和用户,对以太坊核心协议的任何开发都将产生无数持久的影响。从计算开销到验证集中,这个相互作用的网络证明了以太坊核心协议的复杂性,也提醒我们,协议决策不应轻易做出。