如果您曾經想知道為什麼以太坊驗證的成本如此之高,或者為什麼節點可以如此計算密集,那麼這篇論文就是為您準備的。從 SSF 到驗證要求,這篇論文旨在揭開以太坊協議中內在權衡的隱藏世界。

特別感謝 ethereum.org 和 Hacken.io 對 SSF 動態和 Proto-Danksharding 研究的洞見。同時也感謝 Chainspace.co 為大眾帶來半中心化儲存的寶貴使命。

概述:

以太坊是一個複雜的系統。幾乎每個協議選擇都會產生級聯效應,從驗證要求 (VR) 和安全性的規模到 TTF 權衡,每個 EIP 或網路改變,無論大小,都將影響網路的幾乎每個角落。本文介紹了一些涉及某些眾所周知的網路目標的隱藏影響的部分。

以太坊協議中實施的每個機制都會產生一些下游效應,例如,繼 EIP-4844 Proto-Danksharding 實施之後,基礎 Rollup 的交易量增加了約 200%。盡情享受這種簡單性吧,因為這是本文中最簡單的例子。遠離可預測的效果,很明顯,即使是核心協議機制也會對其他協議功能產生輻射效應;一個例子就是驗證成本。

本節只是介紹這些概念,您需要繼續閱讀才能獲得更多細節,但簡而言之,增加驗證成本會集中驗證責任,阻止惡意活動,減少計算開銷,並影響無數其他以太坊元件。這些影響中有一些是客觀好的,有一些是壞的,還有一些是灰色地帶。除了眾多其他示例外,本文還概述了這些動態在幾個關鍵以太坊元件之間的運作。有興趣嗎?很好。

計算開銷和 TTF

SSF 或單槽終結性最近一直是一個被忽視的研究領域。被 ePBS、Verkle 實現和無數其他協議研究專案所掩蓋。SSF 錯過了影響研究階段,幾乎是盲目地被接受為未來的協議目標。雖然 SSF 本身應該是一個網路改進,但實現它的許多途徑可能會對網路健康產生有害影響。儘管這是一種不太可能解決 TTF 問題的方法,但可以透過改變允許的終結時間來實現更快或更慢的終結時間。您可能會問,"為什麼要增加允許的 TTF?"好吧,讓我們從降低它的影響開始。

為了澄清,TTF 是以太坊網路為一筆交易提供至少 33% 的總網路 ETH 支援所需的時間。這個過程要求驗證者對一個檢查點給出超過三分之二的理由,然後必須有另一個經過證明的檢查點跟隨。這實際上提供了一個不可逆轉的保證,即該塊中的交易已得到共識併合法。許多 Dapps 如 L2 - Mainnet 橋接需要這種終結性保證,以確保存款已經完成。允許的 TTF 簡化了檢查點捆綁、塊建立和證明過程,它代表瞭如果協議強制執行某個時間限制,完成這種終結性所需的總時間。

假設所有協議、網路、計算效率和瓶頸都最小化,可以粗略地假設改變允許的 TTF 將會對平均驗證者計算開銷產生線性影響。這些是非常粗略和理想化的情況,但它們確實為預期的網路影響提供了一個基線,當改變允許的 TTF 時。透過增加 pTTF 或減慢整個終結過程,可以預期計算要求會降低,在前述情況下,會呈線性下降。另一方面,透過減少 pTTF 或強制加快終結過程,可以預期計算開銷會增加。以下是一些基本和理想化的等式,表示這種關係:

計算開銷的變化:

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

(TTF 的百分比變化proportionally影響計算開銷的變化)

對計算開銷的影響:

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

(基本百分比變化公式)

&&

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

(透過 TTF 的比例變化得出的計算開銷的百分比影響)

再次強調,這些方程式並不代表實際網路影響,如果改變/強制執行 pTTF,但它確實提供了對計算要求的最小預期影響。

透過這些關係,可以得出一個尺度,揭示儘管減少 pTTF 並加快終結過程可能帶來無數好處,但它對計算要求的影響將減少驗證者數量,並使個人驗證變得越來越困難。透過增加驗證要求,較小的家庭驗證者將被阻擋,為更大的計算中心提供更多空間,這將減少網路要求並降低 CO,從而可能再次吸引驗證者。考慮到這些相互作用,驗證者數量的影響仍然明顯,但不會致命。

總結這一部分,很明顯,當我們要求更快的 TTF 時,我們的計算開銷就會增加,我們(可能)開始失去 PoS 的主要好處。根據以太坊基金會的說法,PoS 將能源需求降低 99% 以上,這很棒,但我們必須注意這是可變的,透過"蠻力"要求某些 TTF 便利可能會抵消 PoS 的這一主要好處。在我繼續這篇論文的過程中,會出現一些模式,但我現在要透露的一個是,PoS 和 PoW 比您可能認為的更接近於一個光譜。兩種 Sybil 抗性機制都提供了好處,但隨著每一種便利的出現,它們都會被扭曲。在這種情況下,隨著 TTF 的減少(可能透過強制執行的 pTTF)和我們向便利性移動,我們失去了一些共識身份,這可能導致嚴重的驗證集中或更大的環境影響。

驗證成本和安全性

探究驗證成本(無論是計算上還是財務上)的世界,您可以發現驗證成本和安全性之間的另一種權衡。傳統意義上的驗證成本是使用者參與塊組裝所需的大額存款。這種存款激勵良好行為,透過威脅處罰來實現,並減少驗證者的動盪。BTC 和 ETH 之間的驗證要求差異體現在威懾方式上,而 BTC 的准入成本僅在計算上(導致機率威懾),ETH 的驗證要求是財務性的(導致價格威懾)。這兩種威懾方式都使得惡意行為者發動破壞鏈條穩定的攻擊變得過於昂貴。透過增加驗證要求,可以更好地威懾惡意行為者,進一步保證鏈條完整性。然而,增加這種驗證要求並不總是有利於鏈條。以驗證權利和集中度為例。

驗證權利和集中

隨著驗證成本的增加,越來越少的人能夠參與驗證過程,剩餘的驗證者被允許對網路活動承擔更多責任。隨著驗證要求的增加,驗證集中,網路操縱成為可能。"好事過頭"的說法在此適用,因為沒有高驗證要求,惡意行為者有更多機會進行攻擊,但如果驗證權利過高,驗證責任集中,網路主權受到損害。這些分散式賬本的主要要點是它們能夠讓社群參與網路範圍內的決策和區塊組裝。目前,比特幣能夠為社群驗證貢獻提供較低的進入門檻,而以太坊能夠提供更公平的驗證選擇。簡而言之,驗證成本在兩端影響網路安全,一端使社群驗證更容易,但降低了惡意活動的成本,另一端驗證集中,網路主權受到損害。最後要提的一點是,如果降低了驗證要求,更多人將參與網路驗證,從而增加了計算開銷。這種機制與前述機制相互作用,形成了一個基於彼此的互動網路:

CR=計算要求,VR=驗證要求,CO=計算開銷

總結:

總的來說,這篇文章的目的不僅是列舉單一的相互作用,還是提醒開發者和使用者,對以太坊核心協議的任何開發都將產生無數持久的影響。從計算開銷到驗證集中,這個相互作用的網路證明了以太坊核心協議的複雜性,也提醒我們,協議決策不應輕易做出。