谁在谁出:一种用于缠结的速率控制算法

9 个月前 · IOTA埃欧塔

分布式账本中的汇率控制

在大多数网络中,有些情况下传入的流量负载大于网络可以处理的流量负载。如果不采取任何措施来限制流量的进入,瓶颈可能会减慢整个网络的速度。另外,某些节点处的缓冲区空间可能耗尽,导致丢弃一些分组。类似于高速公路交通拥堵,随着提供的负载增加,实际网络吞吐量减少而分组延迟变得过大。因此,有必要建立一种机制来防止某些提供的流量进入网络,以避免这种类型的拥堵


类似的分析可以应用于分布式分类账,其中传入流量(即,由网络节点发布的事务)利用诸如带宽,计算能力或磁盘空间的有限资源。此外,鉴于网络的分布式特性,恶意节点可能通过垃圾邮件或分布式拒绝服务攻击来破坏它。因此,事务速率控制机制是分布式账本正常运行的基础。基于Proof-of-Work的传统区块链具有由挖掘难度调整强制执行的内置速率限制。不幸的是,这种解决方案会导致不希望的副作用,例如采矿比赛。


Tangle的独特挑战

相反,Tangle不会使用工作证明来达成共识。因此,显性速率控制机制是必要的。除了针对恶意节点的反垃圾邮件技术的标准要求之外,我们希望设计一种算法,该算法实现一定程度的公平性,从而保证具有低计算能力的节点仍然具有不可忽略的概率来批准其交易。正如读者可能想象的那样,公平性增加了已经非常重要的问题的复杂性,但我们认为这是加速技术采用的基本要求。

解决Tangle中速率控制问题的一种可能方法是建立一个声誉系统对于发出事务的节点。粗略的想法是声誉很难获得,但容易丢失。当节点批准无效事务,尝试向网络发送垃圾邮件或执行类似的不良行为时,可能会被其他节点识别。因此,该节点将不受信任,其交易将不会被高度批准。然而,声誉系统是一种通用方法,因此不是专门针对速率控制的。此外,鉴于需要进行实质性的体系结构更改,需要进行详尽(因而长)的研究,以避免意外结果。出于这些原因,在这篇文章中我们研究了另一种方法。特别是,我们基于以下思想引入了一种新颖的自适应速率控制算法:

· 需要做一些计算工作才能发出事务;
· 在短时间间隔内发出多个交易所需的计算工作量逐渐增加;
· 虽然快节点可以更频繁地发出更多的事务,但是仍然保证具有很小计算能力的节点可以高概率地批准它们的事务。

在以下段落中,我们将讨论实现上述目标所必需的算法的两个主要构建块,即(i)为每个节点分配全局标识的节点责任,以及(ii)基于的实际自适应速率控制机制和不同的工作证明难度。



身份证明

要在分布式系统中实现速率控制机制,必须引入全局节点标识。当每个节点具有标识时,可以使用公共公钥加密来签署事务并以防篡改的方式将其链接到其发布节点。通过引入身份,分布式系统容易受到Sybil攻击,其中恶意实体伪装许多伪造身份并使用它们来克服速率控制以发起协调攻击或向网络发送垃圾邮件。

使这种攻击更加困难的一种方法是所谓的资源(例如,CPU功率,股份,磁盘空间)测试,其中每个身份必须证明某些难以获得的资源的所有权。对于我们的算法,由于用户存储了一定数量的令牌(抵押品)),我们提出了Stof-of-Stake的简化版本。与最初的想法不同,在我们的提案中,抵押品不会留给用户占有,因此不能被没收。相反,它们是每个节点标识的必要条件。允许具有最小数量的此类抵押品的任何节点发布交易。对这个最低金额的需求开启了一个有趣的研究问题。一方面,低阈值允许更多用户发布交易,但它不足以防止伪造身份的创建。另一方面,较大的阈值将以较大的安全性为代价大幅减少参与网络的潜在节点的数量。我们将这种权衡的讨论留作未来的工作。
图1。所提出的自适应速率控制算法的框图:首先,接收交易的节点检查是否允许原始发送者发送发布交易; 然后,它验证它是否执行了足够的工作证明。


自适应速率控制算法

在我们的算法中(参见图1),节点可以在解决加密难题后发出事务,其中难点是所拥有的抵押品和最近发布的交易数量的函数。在基于工作的纯证明体系结构中,难度过大将防止低功耗节点发出事务,这是不可取的,特别是在物联网的情况下;另一方面,一个小的困难很容易导致网络拥塞。我们的建议适应性工作证明允许每个节点在惩罚垃圾邮件操作的同时发出事务。需要正确选择系统参数以保证节点之间的某种程度的公平性。

作为额外的安全措施,我们要求用户发布的交易总数有限。具体而言,节点拥有的股份越大,同一节点可以发布的事务数量越多。这个门槛带来双重好处:首先,它确保即使是具有无限计算能力的用户也不能随意垃圾网络; 第二,正确选择阈值可以阻止Sybil攻击。


结论

较小的通用设备与优化的硬件之间在工作证明性能方面的差异是大小的数量级。因此,任何基于工作量证明的速率控制最终都会使较小的设备落后。相反,纯粹以股份为基础的制度将导致集中化,只有“富有”的政党才能参与。在这篇博文中,我们讨论了一种速率控制算法,该算法结合了以上两种方法:慢节点或低抵押品的用户可以以低廉的价格发布(少数)交易,同时,由于交易突发的限制,更快的用户不能发送垃圾邮件。

IOTA

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