科普 | Layer-2 中的有效性證明與錯誤性證明_LAYER

引言

在本文中，我們將從錯誤性證明與有效性證明的區別出發，分析和比較不同的Layer-2可擴展性方案。我們斷言，相較之下，有效性證明在根本上具有優勢，因為有效性證明方案保證了只有合形式的狀態轉換才會被接受。

背景

在最近幾個月，基于證明的以太坊可擴展性方案——比如?Truebit、GluonPlasma、dFusion、Roll-Up?以及?Ignis?這樣的項目——開始浮出水面，讓人頗為激動。這些項目背后的理念很簡單：與其給區塊鏈寫入很多交易，不如產生一個證明，可以簡潔地表示這些交易，進而表示出新的狀態。

上面提到的所有項目都是Layer-2方案：它們定義了一種運行在Layer-1上的協議，并且基于這些協議來提供多種服務：存儲資金/取出資金、一個根據鏈下狀態時時更新的賬本，并作為一種“全局時鐘”而運作。重要的是，這些協議沒有嵌入Layer-1，因此Layer-1也無法強制執行任何Layer-2的邏輯。

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在此，我們想展開一種框架來比較這些方案，尤其是關注“錯誤性證明”與我們所謂的“有效性證明”之間的區別。錯誤性證明和有效性證明不是Layer-2的專利，在Layer-1上也可以存在，但當前大家僅在Layer-2上做嘗試，因此我們的分析也都基于Layer-2方案。

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錯誤性證明即表示某個狀態轉換不正確的證據。這種方案反映了一種樂觀的態度：假設?區塊上表示的Layer-2狀態都是正確的，除非有人能證明不是。實際上，提交到鏈上的區塊也很有可能包含著一次不合邏輯的狀態轉換。

有效性證明即表示某個狀態轉換正確的證據。這種方案的態度更為消極：當且僅當某個狀態是正確的，區塊才應該包含代表相應Layer-2狀態的值。

人民數字FINTECH推出區塊鏈科普動畫:人民日報數字傳播發布微博稱，人民數字FINTECH出品《趣味科普|區塊鏈動畫》。[2020/3/31]

在繼續推進分析之前，有必要強調的是：證明系統既可以被用作錯誤性證明，也可以用作有效性證明。我們不應該混淆證明的方式和證明的目的。

深度分析

錯誤性證明

錯誤性證明的主要優點是無需為每一次狀態轉換都提供證明，只在系統需要中斷的時候提供。因此，錯誤性證明方案需要的計算資源更少、更適合可擴展性受限的環境。這種方案的主要缺點則來源于其非交互性：它定義了多方之間的“會話”。一次會話要求各方——尤其是斷言狀態轉換有誤的一方——必須在線，并且允許其它方用多種方式打斷會話。但問題的核心是：協議會將沉默視為默示的同意。實際上，攻擊者完全可以嘗試用DDoS攻擊制造出表面的沉默。

概念上，錯誤性證明方案可以表述如下：因為區塊有可能包含不正確的狀態轉換，錯誤性證明協議設定了一個時間框架——糾紛時間窗口——來處理不正確的狀態。這一窗口的長度也是用區塊數量來定義的。如果在糾紛時間窗口內無人提交錯誤性證明，相應的Layer-2狀態轉換就會被認為是有效的。如果有人向智能合約提交了錯誤性證明，而且經證明是正確的，則智能合約會將Layer-2狀態回滾到最后一個正確狀態。除此之外還可能實施對作惡一方的懲罰，等等。

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DTF時間長度的選擇很重要：DTF時間越長，發現錯誤狀態轉換的幾率就越高——聽起來很棒。但同時，時間越長，用戶需要等待的時間也越長，這就是一個副作用了。

有效性證明

有效性證明總體上說更為簡單：向一個智能合約發送一些鏈下計算已然發生的證據。智能合約僅在一個新值被證明為正確之后才更新區塊鏈。有效性證明的主要優點是區塊鏈上總是能反映出一個正確的Layer-2狀態，而且一個新狀態可以即時使用。而主要缺點就是每個、每次狀態轉換都需要一個證明，不單單是狀態轉換受到質疑時才需要提交證明，這就影響到了其可擴展性。

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51%攻擊

在多種可能的攻擊方法中，我們主要關注Layer-1上的51%攻擊。最近51%攻擊頻發，連以太坊經典也未能幸免。那么錯誤性證明和有效性證明如何應付這種攻擊呢？

錯誤性證明：一場51%攻擊會在區塊鏈中引入一個欺詐性的狀態，比如從交易所中“偷取”一些資金。細節如下：

攻擊者用一個欺詐性的狀態轉換創建了區塊BlockFr。例如，區塊中包含了一筆交易，將交易所中所有的資金轉移到攻擊者的賬戶。

在BlockFr之后，他們還會接上DTF區塊，以一個包含取款交易的區塊告終。

然后他們在DTF區塊后面繼續生成區塊，直到超過當前鏈成為更長的鏈。他們能這么做是因為他們掌握了51%的算力

難搞的是，發動這樣一場攻擊的運營成本跟“獎金”規模無關。這就意味著，隨著密碼學貨幣交易所的體量上升，攻擊交易所會越來越有吸引力。

總而言之，問題的根源在于Layer-2解決方案定義了自己的邏輯，而且允許一個區塊包含欺詐性的的狀態轉換。這樣一來，攻擊者偷盜資金之后的賬本狀態也會被認為是一個合法的狀態！甚至都沒有什么雙重花費，只是出現了一樁欺詐。

有效性證明：51%攻擊只能遮蔽已有的賬本歷史，可能可以提供另一種歷史；但重要的是，這一新的歷史也是完全合形式的。這里所說的攻擊范圍僅限于在Layer-1上可能發動的攻擊。在幣幣交易所中，覆寫歷史的勾當有時候是一本萬利的：例如，一個賣家，可能會很樂于遮蔽掉一筆時候來看成交價位于谷底的交易，但是，在給定區塊鏈上的交易所中，沒有辦法可以直接吞掉對方的錢。

我們提議的解決方案

如果有這么明顯的劣勢，錯誤證明型系統還會作為一個選項？

主要原因就是提供有效性證明迄今為止都仍是非常昂貴而且繁瑣的。

在使用證明系統以前，免許可系統中唯一一種“有效性證明”就是簡單重復運算，因此可擴展性大為受限；而且，這種重復計算直至今天仍在Layer-1上使用，雖然眾所周知它是可擴展性的一個障礙。證明系統則提供了一種非常有吸引力的特性，叫做?簡潔性：為了驗證一個狀態轉換操作，你只需要驗證一個證明，而且驗證的開銷是完全獨立于狀態轉換的計算量大小的關系）。

Ignis/Roll-up都基于SNARK，需要一個受信任的初始設定，并且相較于STARK，需要證明者使用更多的計算資源。StrakWare正在努力部署StarkDEX，為去中心化交易所提供可擴展性方案；他會使用STARK來實現有效性證明，我們預計會在2019年第一季度末部署到測試網上。

結論

本文比較了錯誤性證明和有效性證明作為Layer-2可擴展性方案的工具價值。我們強調了有效性證明應對51%攻擊的內在優勢。而STARK，因為證明時間更快，而且驗證簡單、無需受信任的初始設定，是一種生成有效性證明的有力工具。

感謝DanRobinson、LindaXie、AlexeyAkhunov以及GeorgiosKonstantopoulos審讀本文的初稿。

原文鏈接:?https://medium.com/starkware/validity-proofs-vs-fraud-proofs-4ef8b4d3d87a作者:?AvihuLevy&UriKolodny翻譯:?阿劍

Tags：LAYER區塊鏈STAARKlayer幣和uniswap的關系區塊鏈技術不包括哪一項bitstamp交易平臺正規嗎DarkShield Games Studio

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