一文速覽頂級國際學術會議USENIX ATC收錄的Conflux論文_CON

編者注：原標題為《錄用率18.6%頂級國際學術會議USENIXATC收錄Conflux論文》。本文作了不改變作者原意的刪減。

日前，Conflux團隊創作的論文《ADecentralizedBlockchainwithHighThroughputandFastConfirmation》被國際頂級學術會議USENIXATC錄用，并受邀參加2020USENIXAnnualTechnicalConference做主題報告。在2019年，中國計算機學會依據技術專業、舉辦屆數、參會人數、錄用率等相關因素，同時重點聽取了院士成員的意見，并且向廣大學者們也征集了建議，將USENIXATC列為A類國際學術會議。

隨著近幾年中國計算機理論研究水平的迅速提高USENIXATC上也出現了越來越多的中國高校與企業。本次Conflux投遞的論文旨在從共識協議出發，通過合理的系統設計與優化來提升區塊鏈的性能，同時保證區塊鏈的安全性。文章指出，在共識層面提升區塊鏈的吞吐率，減少區塊確認的等待時間對于區塊鏈技術的應用有著重要的意義。與最近兩年其他的前沿學術工作相比，Conflux論文的亮點在于：

刪除 Tornado Cash 惡意代碼的提案已通過，攻擊者可在兩天內進行更改:5月27日消息，刪除 Tornado Cash 惡意代碼的提案已獲得通過，攻擊者集成到協議中的惡意代碼將被刪除，代幣持有者將重新控制 Tornado Cash 的 DAO 治理權，但攻擊者還有兩天時間進行潛在更改。

此前報道，Tornado Cash 攻擊者發布一項恢復治理的新提案，若通過協議將刪除惡意代碼。[2023/5/27 9:45:57]

1.提出了自適應權重的概念，根據網絡是否受到攻擊，在樂觀策略和保守策略之間切換，兼顧效率與安全。

2.實現了3倍網絡延遲時間內的區塊確認，相比之前的結果大幅提升。

3.在20Mbps的網絡條件下，實現了9.38Mbps的共識協議數據運載能力。以每交易100字節計算，相當于每秒11000筆交易。

4.執行以太坊的真實歷史交易測試系統性能，達到了每秒1392筆交易。而其它系統開發團隊暫無該測試數據。

協議設計

Nansen：已從NFT Paradise中過濾掉Lido NFT:5月23日消息，Nansen發推稱，已經從NFT Paradise中過濾掉了Lido NFT。

據悉，用戶在Lido Finance發出ETH提款請求后，將會收到一個NFT。一旦提款請求被接受，NFT圖像將會更新并通知提款申請人，用戶可以將該NFT作為提款憑證（收據）。

Nansen CEO Alex Svanevik此前在推特上發起調查，結果顯示75.3%的投票者認為應該從NFT Paradise中過濾掉Lido NFT。[2023/5/23 15:20:10]

論文首先指出了，當我們通過調整工作量證明的參數，調高區塊生成速率時，中本聰共識協議存在安全性的問題，而GHOST共識協議存在活性攻擊的問題。

在這個攻擊模型中，假設攻擊者對礦工之間的網絡有一定的控制能力：當一個誠實的礦工挖出或收到一個區塊后，經過一個固定的時間d秒,模型保證所有的誠實礦工都收到了這個區塊。但在此期間，攻擊者可以決定誰能收到區塊，誰無法收到區塊。

香港OSL Asset Management獲得投資區塊鏈、Web3、人工智能的牌照:金色財經報道，總部位于香港的數字資產平臺OSL Asset Management Limited表示，它已獲得當地證券及期貨事務監察委員會 (SFC) 的許可，可提供區塊鏈、人工智能和 Web3 技術方面的投資產品，這些技術被視為開發下一個交互式互聯網的關鍵。[2023/5/10 14:54:34]

在中本聰協議中，過高的區塊生成速率會導致大量的區塊分叉，最長鏈增長速度緩慢，攻擊者更容易構造一條側鏈反超。

在GHOST協議中，攻擊者利用其控制網絡的能力，將誠實節點分成算力大概均等的兩組。組內的通訊是順暢的，但是組與組之間的通訊延遲是d秒.于是，每一組礦工都看不到另一組礦工在最近d秒生成的區塊。利用網絡延遲造成的差異，攻擊者讓兩組參與者對于“X,Y誰的子樹權重更大觀點不一”，從而導致誠實參與者的觀點出現了分裂。

以太坊首個公共提款測試網Zhejiang已啟動，下周將進行Shanghai+Capella升級:2月2日消息，據以太坊客戶端開發商Nethermind消息，以太坊首個公共提款測試網Zhejiang已正式啟動，預計下周（epoch 1350）將對該測試網進行Shanghai+Capella升級。[2023/2/2 11:42:23]

為了解決這一問題，Conflux首先提出了結構化的GHOST。與GHOST協議不同的是，在結構化的GHOST中，只有1/h的區塊是有權重的，其他區塊是沒有權重的。h是一個共識協議參數。而哪些區塊有權重，是根據區塊頭哈希值，通過一個確定的方法選出來的。為方便理解，我們舉一個例子，如果h=1024，當前的難度要求每個合法區塊的哈希值前50位都是0，那么此時，只有前60位都是0的區塊，才可以有權重。

德勤和NYDIG宣布合作提供比特幣銀行服務:金色財經消息，德勤與比特幣服務提供商 NYDIG 宣布成立一個戰略聯盟，旨在幫助公司在其業務中實施數字資產產品和服務。該聯盟將為尋求實施比特幣產品和服務建議的客戶創建了一種集中式方法，幫助企業利用德勤的綜合專業服務，以及 NYDIG 提供的比特幣金融和技術產品和服務。（prnewswire）[2022/6/21 4:43:05]

通過這種方法，在安全性上，等價于將GHOST的區塊生成速率降低至1/h。而前文所述的攻擊方式，只在區塊生成速率很高時成立。這樣，就解決了GHOST的活性攻擊問題。

然而，更慢的“含權重區塊”生成速率，導致了更慢的區塊確認時間。于是，Conflux設定了兩種區塊生成策略，樂觀策略使用普通的GHOST規則，而保守策略使用結構化的GHOST。當攻擊真的發生時，共識協議非同步地切換到保守策略。沒有攻擊發生時，使用樂觀策略。特別在保守策略下，每個含權重區塊的權重被設為h,以保證兩種策略下生成區塊的期望權重不變。兩種策略之間的切換規則顯得尤為重要，Conflux設計了一套規則來保證：

1.如果攻擊發生并持續一段時間，所有誠實節點都切換到保守策略。

2.在誠實節點沒有探測到攻擊發生時，攻擊者不能使用保守策略挖一條側鏈。

同時，為了提高吞吐率，不浪費主鏈以外的區塊，Conflux采用了樹圖結構。在GHOST規則里，每個區塊通過父邊指向另一個區塊，所有區塊構成樹的結構。而Conflux允許每個區塊通過引用邊引用其他分支上的區塊，形成樹圖結構。樹圖結構不丟棄任何區塊，大大提高了共識層面的吞吐率。

在樹圖結構之上，Conflux通過GHOST規則選出一條主鏈。然后基于主鏈，將區塊進行排序。區塊的排序進而決定了哪些交易在前，哪些交易在后。

系統實現與優化

將吞吐率提高后，Conflux在系統實現過程中遇到了大量的挑戰。Conflux針對性地提出了若干優化方案。

1.檢查點機制：當一個區塊以高概率被確認，并持續一段相當長的時間后，Conflux全節點將刪除這個區塊更早的交易內容與賬本狀態，僅保留區塊頭，以節約內存空間。

2.引導機制：如果一個區塊鏈系統的吞吐率接近帶寬極限，當一個新節點加入時，從創世塊開始同步會導致新節點永遠無法追上最新狀態。因此Conflux從檢查點開始同步交易。

3.交易轉發：Conflux使用了更有效、對帶寬占用更小的去重方式來實現交易轉發。

4.簽名驗證：簽名驗證的計算開銷巨大，Conflux使用多線程并行化簽名驗證。

5.激勵機制：Conflux設計了若干激勵機制細節，以應對樹圖結構里可能的攻擊行為。

6.延遲執行：在高區塊生成速率下，GHOST規則所選取的主鏈末端往往是不穩定的。在trivial的實現中，每次主鏈末端“擺動”，區塊的順序都會發生改變，于是Conflux需要重新執行交易。這帶來了不必要的開銷。在延遲執行策略中，對于高度為x的主鏈區塊，區塊只需要執行高度x-c區塊之前的交易并填入賬本MerkleRoot中。c是一個經驗參數滿足：在系統正常運行時，主鏈上最后c個區塊以外的區塊，“擺動”的頻率很低。

7.使用Link-cuttree維護樹圖結構。將維護子樹權重的計算開銷從O(n)降低到O(logn).

實驗數據

Conflux在800臺AmazonEC2m5.2xlarge虛擬機上進行實驗。在可擴展性實驗中，每臺機器運行15個Conflux全節點，以模擬最高12000個全節點。在其他實驗中，每臺機器運行1個Conflux全節點。所有實驗都將各節點網絡帶寬限制在20Mbps.

在不同的區塊大小和區塊生成速率等系統參數下，Conflux區塊傳輸延遲和確認時間均在幾十秒量級上。最高支持9.38Mbps共識吞吐率。

當網絡中全節點增多時，交易轉發和確認時間沒有明顯的增長。

在交易執行實驗中，Conflux重跑了以太坊上的真實數據，達到了1392筆/秒的速度。交易執行實驗說明了，Conflux不僅僅設計了一個高效的共識協議，并且為區塊鏈系統的效率問題提供了端到端的解決方案。

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