Pow——去中心化的隐患?

Pow的弊端

Posted by Nino Lau on October 19, 2018

俾众所知的比特币采用了 Pow 的共识机制来保障其去中心化。但是,Pow 机制真的能保证去中心化吗?

比特币的兴起带动了区块链技术的应用,许许多多 Dapp 井喷式出现。区块链技术的衍生品也琳琅满目,私有链、联盟链等新形势的去中心化架构风靡一时。考虑到不同的系统特征,许多区块链使能技术的隐患也暴露了出来。

Pow 技术是最核心的区块链使能技术,保证了整个去中心化系统的理性共识,对区块链系统的稳定性起着重要的作用。然而,Pow 真的可以稳定地应用于各种场景中吗?

Benign Elimination

Ben Laurie 等人曾在 “ Proof-of-Work ” Proves Not to Work 一文中对Pow 的缺陷做了讨论。他们认为,使用通用的 Pow 模型将会错误地排出一些合理的节点。

自 Dwork 和 Naor 将 Pow 的概念提出并应用于其 “hashcash” 之后,Pow 逐渐被应用到各种领域,如垃圾邮件筛选。Ben Laurie 等人对垃圾邮件筛选 Pow 进行了量化——通过经济学和安全性分析,找到了需要被证明非垃圾邮件的工作量大小。然而,这个方法放眼于真实的数据集是十分脆弱的。根据文章,我们无法使用通用 Pow 系统,在保障普通发送者不被剔除的情况下,阻止垃圾邮件散步者。这种问题在区块链架构的交易系统中,可以描述成——交易的参与者甚至都无法决定交易的准确性。对 Pow 可行性的质疑为 Pow 成为更广泛的共识机制蒙上了一层阴影。

造成这种 Benign Elimination 这种缺陷的原因,深究起来,是由 Pow 的性质决定的。系统工作的正确性完全是由能力决定——谁拥有了计算力,谁就拥有了话语权。一些良好的行为节点如果无法为自己的合理行为提出凭据,它们将会被剔除

Malicious indulgence

关于Pow的质疑声不止于此。Ittay Eyal 等人探讨了恶意节点如何进行矿商勾结,谋取利润,从而攻击Pow支持的去中心化系统。

比特币得以良好运行的前提是大多数 miner 是诚实的,且矿商加入大小矿池的收益都是一样的,因此节点们没有加入大矿池的驱动力。根据文章,在一个相对较小的区块链系统中,一种 Selfish-Mining 的挖矿策略将会影响系统的去中心性。Selfish-Mining 是指自私自利的矿井允许一个足够大的池获得比它的矿业力量的比例更大的收入。在一个矿池挖到一个区块之后,选择隐藏这个挖出区块。该区块要不然会成为该矿池“富者越富”(马太效应)的起点,或者该区块的利润将被新到来的挖矿者成果所取代。这种行为也是存在风险的,如果隐藏的链发展成为具有颠覆力的程度,它将破坏去中心化,并以滚雪球的速度进行规模扩大。

这种行为带了新挑战:如何发现这种勾结行为?甚至许多团体自身都没有意识到自己已经到了勾结的边缘。恶意的节点也会利用 IP 地址漏洞来逃避追查。当然,这种攻击可能不是毁灭性的——勾结者可能会为可持续牟利而维持这个系统相对稳定。而且随着规模扩大,小团体中是否会在继续细化成更小的小团体等情况也是值得继续研究的。

Conclusion

没有任何一种共识机制是完全适用的,随着去中心化的兴起,很多新的共识机制,如Pos、Pof,应运而生,它们都存在一定的问题。目前还未出现一种通用且准确的共识算法,对它们合理性的研究将持续下去。