基于仲裁认证的去中心化证明聚合和单槽最终性

由 @AmbitionCX（来自 Panta Rhei）和 @Keccak255（来自 Titania Research）撰写。本提案是另一个 SSF（单槽确定性）解决方案的初步想法评估。

简介

在当前的以太坊共识协议中,负责特定槽的验证者被划分为不同的（最多 64 个）委员会。在每个委员会内,个人确认attestations 通过子网传播,然后由平均 16 个聚合器收集和聚合。

根据 Pectra 升级,EIP-7549 将 committee index 移出 attestation 结构。attestation 传播的子网将扩展到一个槽的所有委员会,比之前大 64 倍。约 1024 个聚合器负责在一个槽内聚合 attestations。这个 EIP 可以被视为最终 SSF 算法的一小步。

本文进一步提出,将所有验证者（32 个槽）纳入单个槽范围,并且每个验证者都可以成为聚合器（并行聚合）。验证者规模的子网比 EIP-7549 大 32 倍。换句话说,尽可能包含来自所有 100 万个验证者的 attestations。

对于任何 SSF 算法,请参考 Vitalik 的这篇文章,他们必须考虑如何在单个时间槽内处理如此多的 attestations。一个算法必须回答以下问题:

• 你打算收集多少个 attestation,并决定是否可以确认一个块?
• 谁有资格参与共识过程?

例如,Orbit SSF 将建立一个小型的"超级委员会",在 EIP-7251 之后,拥有更高质押量的验证者更有可能参与超级委员会。在本文中,我们用去中心化 attestation 聚合和法定人数认证的确定性来回答这些问题:

• 去中心化 attestation 聚合:我们允许所有验证者都成为聚合器,attestations 被分组为一个法定人数。相同的法定人数由不同的聚合器并行合并,经过多次合并后,attestations 被压缩到信标块主体中。如果一个聚合的 attestation 包含超过\frac{2}{3}23的验证者签名,则该块被视为已确定。
• 法定人数认证的确定性:在已确定的块中的 attestations 会获得对其及时和准确 attestations 的奖励。其余的 attestations 将被丢弃。因此,成为聚合器并参与聚合过程可以显著增加获得收益的可能性。

去中心化 attestation 聚合

• 在当前阶段,attestations 在委员会子网范围内传播,最多 2048 个验证者。在 EIP-7549 之后,attestations 在槽范围内传播,aggregation_bits的长度将变为2^{17}217。如果我们简单地将共识协议转换为单槽确定性,其中每个时期只包含一个槽,共识就必须在 12 秒的时间槽内处理来自所有验证者（目前超过 100 万）的 attestations。
• 在 12 秒内压缩如此多的 attestations 是一项巨大的工作,并将给底层 P2P 网络带来巨大压力。无人能保证这可以在时间限制内完成。因此,一个选择是轮流选择一小群验证者,其他人可以提出异议,但我们的主要考虑是尽可能包含更多的 attestations,如果 attestation 数量超过一定阈值,则该块将被确定。
• 在本提案中,我们让所有验证者参与聚合过程,每 32 个 attestations 合并为一个一级组,每 32 个一级组合并为一个二级组（最多包含 1,024 个单独的 attestations）。32 个二级组合并为一个三级组（最多 32,768 个单独的 attestations）。同样,32 个三级组进一步合并为一个单一的四级组（最多 1,048,576 个单独的 attestations）。
• 从个别 attestations 到四级组,attestations 都由每个验证者收集和聚合,并生成一个单一聚合 attestation 的最终结果。

法定人数认证的确定性

• 如 Sync HotStuff 共识中所定义,法定人数认证（QC）是"来自同一视图中法定人数副本的一组签名投票"。HotStuff 中的 QC 由领导者收集,代表着\frac{f+1}{2f+1}f+12f+1个副本持有相同的意见。
• 在以太坊中,我们定义块的确定性可以通过超级多数（2/3 的所有验证者）来实现。因此,要确定一个块,四级组必须包含超过 700,000 个单独的 attestations:
  • 一个 attestation 只包含 GHOST 投票（头部选择）,用于 1 槽确定性的情况
  • 一个 attestation 包含 GHOST（头部选择）和 Casper（考虑前一个块）,用于 3 槽确定性的情况
• 一个包含超级多数的四级组被称为法定人数认证（QC）,这是块确定性的证明

结论

提出的去中心化 attestation 聚合和法定人数认证的确定性方法为在以太坊实现 SSF 提供了一个可扩展和包容的解决方案。通过让所有验证者参与聚合过程,并利用分层分组机制,该协议可以在 12 秒的时间槽内高效处理来自 100 多万个验证者的 attestations。法定人数认证的引入确保了块的确定性是通过超级多数共识达成的,这与以太坊的安全性和去中心化原则保持一致。

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