網(wǎng)上有很多關(guān)于如果pos機(jī)自動(dòng)重啟,康奈爾大學(xué)Sleepy Model PoS共識(shí)機(jī)制詳解的知識(shí)，也有很多人為大家解答關(guān)于如果pos機(jī)自動(dòng)重啟的問題，今天pos機(jī)之家(m.dsth100338.com)為大家整理了關(guān)于這方面的知識(shí)，讓我們一起來看下吧!
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如果pos機(jī)自動(dòng)重啟
雷鋒網(wǎng)AI金融評論按：共識(shí)機(jī)制是區(qū)塊鏈和分布式計(jì)算的基礎(chǔ)。如比特幣采用的PoW（工作量證明）就是一種是讓計(jì)算工作完成最出色的節(jié)點(diǎn)獲得系統(tǒng)的數(shù)字貨幣獎(jiǎng)勵(lì)的競爭機(jī)制，近年來，PoW共識(shí)機(jī)制逐步暴露出資源消耗大、運(yùn)行成本高的問題，一些替代性的方案如PoS也被提出并引起了學(xué)術(shù)界的極大興趣。例如康奈爾大學(xué)IC3（Initiative for Cryptocurrency and Contracts，虛擬貨幣及合同倡議）項(xiàng)目的Co-Director 石潤婷教授(Elaine Shi)等在2017年提出了基于Sleepy Model的PoS共識(shí)，并對其進(jìn)行了形式化描述和安全性分析。
與我們熟悉的各種加密貨幣的共識(shí)機(jī)制不同，Sleepy Model的提出旨在解決今天的互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模、數(shù)百萬計(jì)甚至更多節(jié)點(diǎn)的情況下，如何保持系統(tǒng)的魯棒性同時(shí)又保持系統(tǒng)效率的問題。石潤婷教授認(rèn)為，雖然區(qū)塊鏈技術(shù)在虛擬貨幣得到了成功的應(yīng)用，目前通用的共識(shí)機(jī)制不適合于推廣到互聯(lián)網(wǎng)級別規(guī)模，互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的分布式系統(tǒng)需要新的理論框架，也需要可驗(yàn)證的安全協(xié)議以及實(shí)施方案，這也是讓區(qū)塊鏈技術(shù)從虛擬貨幣走向更廣闊應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。
背景在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，為了解決計(jì)算機(jī)單機(jī)性能不足，某些應(yīng)用中需要更大的存儲(chǔ)、更強(qiáng)的計(jì)算能力的需求，有研究者將一組電腦連接起來，彼此進(jìn)行交互以實(shí)現(xiàn)一個(gè)共同的目標(biāo)，通過網(wǎng)絡(luò)相互連接傳遞消息與通信后并協(xié)調(diào)它們的行為，這也是“分布式計(jì)算”的由來。
隨著摩爾定律碰到瓶頸，越來越多的系統(tǒng)要依靠分布式集群架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)處理和可擴(kuò)展計(jì)算能力。而區(qū)塊鏈正是為了解決各個(gè)節(jié)點(diǎn)互不信任，又需要協(xié)同工作而產(chǎn)生的，與一般的分布式系統(tǒng)不同的是，一般的分布式系統(tǒng)通過一個(gè)共同的中心來實(shí)現(xiàn)相互信任，而區(qū)塊鏈中的各節(jié)點(diǎn)是通過共識(shí)機(jī)制而實(shí)現(xiàn)相互信任，可以說，共識(shí)機(jī)制是區(qū)塊鏈與分布式計(jì)算的基礎(chǔ)。
關(guān)于分布式計(jì)算的文獻(xiàn)以及密碼學(xué)文獻(xiàn)通常會(huì)考慮兩種類型的參與者：誠實(shí)的和非誠實(shí)的。然后會(huì)分析上述彈性屬性，假設(shè)對誠實(shí)參與者的比例下限。對于通常部署共識(shí)協(xié)議的傳統(tǒng)環(huán)境如Google Wallet等應(yīng)用程序，其中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量大約是十幾個(gè)，而在大規(guī)模的共識(shí)協(xié)議（雷鋒網(wǎng)注：例如區(qū)塊鏈協(xié)議）中，不僅用戶數(shù)量大幅增加，同時(shí)達(dá)成共識(shí)也更為復(fù)雜，已有的共識(shí)機(jī)制不能很好的符合魯棒性的要求。
在Real World Crypto 2017安全大會(huì)上，石潤婷教授首次對基于Sleepy Model的PoS共識(shí)機(jī)制進(jìn)行了解釋，雷鋒網(wǎng)結(jié)合論文進(jìn)行了節(jié)略改編：
“互聯(lián)網(wǎng)規(guī)?！钡墓沧R(shí)機(jī)制我在這里想和大家討論互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的共識(shí)機(jī)制。你們有人可能會(huì)記得，去年八月有一天，達(dá)美航空的系統(tǒng)完全癱瘓，你無法預(yù)訂機(jī)票，所有航班也被取消，這是因?yàn)檫_(dá)美的計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施出現(xiàn)了鼓掌。類似的情況也出現(xiàn)在國家科學(xué)基金上，去年七月的時(shí)候也發(fā)生了系統(tǒng)宕機(jī)，你不得不繼續(xù)等待。好吧，如果我不能飛這我還能忍受，但如果不能做科研，那我要說這就太讓我傷心了。
我們關(guān)注兩點(diǎn)：可復(fù)制性、魯棒性。在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，這被稱為分布式系統(tǒng)，這一領(lǐng)域已經(jīng)有了近30年的研究。在分布式系統(tǒng)中有一個(gè)非常重要的抽象概念，我們稱之為“狀態(tài)機(jī)復(fù)制”，這也被稱之為“線性”或者“共識(shí)機(jī)制”。
那么什么是狀態(tài)機(jī)復(fù)制呢？這里有一個(gè)應(yīng)用場景：拿Google Wallet來講，Google可能考慮將其服務(wù)器進(jìn)行備份。你自然不會(huì)希望你放在Google那里的錢遭受損失，所以備份是一個(gè)好主意。當(dāng)某個(gè)服務(wù)器出現(xiàn)問題，在所有這些服務(wù)器上會(huì)存有線性排序的日志，我們會(huì)關(guān)注兩個(gè)安全屬性：一致性、活躍度。一致性指的是所有誠實(shí)的服務(wù)器節(jié)點(diǎn)都同意這些交易日志，活躍度指的是，如果一個(gè)客戶提交了一筆交易，那么這筆交易需要很快被記錄在所有服務(wù)器中。
問他是：如果某些服務(wù)器安全受到了威脅呢？有問題的服務(wù)器會(huì)背叛其他服務(wù)器，這個(gè)問題非常重要。當(dāng)我們討論共識(shí)問題，通常來講，這些服務(wù)器從屬于一個(gè)團(tuán)體，我們可以認(rèn)為這些服務(wù)器是相互信任的。今天我們?yōu)槭裁凑J(rèn)為比特幣令人激動(dòng)，是因?yàn)楸忍貛砰_啟了分布式計(jì)算的新的篇章，其提出的分布式共識(shí)令人驚嘆，也使得互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的共識(shí)存在可能。
然而我們知道，互聯(lián)網(wǎng)存在著數(shù)百萬計(jì)甚至更多的節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)可能不一定在線，有的在線，有的不在線，要形成共識(shí)有很多不可預(yù)測的情況。同時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是自私的，因此互相不信任，這也給“互聯(lián)網(wǎng)規(guī)?！钡墓沧R(shí)機(jī)制提出了新的挑戰(zhàn)。
我和虛擬貨幣圈的很多人有過交流，他們或多或少認(rèn)為目前的共識(shí)機(jī)制或多或少地?zé)o法適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)級別規(guī)模，原因在于這些共識(shí)機(jī)制在互聯(lián)網(wǎng)級別的大規(guī)模、復(fù)雜狀態(tài)下魯棒性并不好。關(guān)于互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模共識(shí)的魯棒性，這是一個(gè)非常大的話題，我在此處不再展開，但我們會(huì)從一些基本的問題入手，來解釋什么是魯棒性。
我們剛剛經(jīng)歷了美國總統(tǒng)大選?？偣灿腥齼|人（節(jié)點(diǎn)），1.6億人亮相（并進(jìn)行了投票），如果我們希望，如果這些亮相（投票的人）當(dāng)中有51%是誠實(shí)的，否則我們就不能正確預(yù)測選舉的結(jié)果，這就是一個(gè)共識(shí)的例子。
這里我們假設(shè)一些節(jié)點(diǎn)是在線的，一些節(jié)點(diǎn)是睡眠的。在線意味著這些節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)參與共識(shí)協(xié)議，而睡眠節(jié)點(diǎn)可能會(huì)從睡眠中恢復(fù)，并繼續(xù)加入共識(shí)協(xié)議，這就是一個(gè)“Sleepy Model”，關(guān)于這一模型我們有這樣的額外假設(shè)：
作惡節(jié)點(diǎn)無法任意行動(dòng)（無法偏離基本協(xié)議規(guī)則）；
作惡節(jié)點(diǎn)可以延遲和修改消息；
在線誠實(shí)的節(jié)點(diǎn)可以快速接收消息，否則將被視為睡眠節(jié)點(diǎn)；
在這一環(huán)境中，我們提出的一個(gè)非常自然的問題是：
當(dāng)僅有51%的在線節(jié)點(diǎn)誠實(shí)，我們能否達(dá)成共識(shí)？
這當(dāng)中的3個(gè)難點(diǎn)在于：
1）協(xié)議沒有任何在線節(jié)點(diǎn)比例的先驗(yàn)知識(shí)。在線節(jié)點(diǎn)可能是30%，也可能是1%；
2）而且你無法進(jìn)行假設(shè)，有可能你假設(shè)30%在線節(jié)點(diǎn)參與協(xié)議，但實(shí)際只有1%參與協(xié)議，而這99%的沉睡節(jié)點(diǎn)不會(huì)影響1%的在線節(jié)點(diǎn)的共識(shí)結(jié)果；
3）另一種情況是，而在此過程中，會(huì)有“沉睡”節(jié)點(diǎn)醒來，他們將受到所有之前待處理的信息，參與到共識(shí)投票中，隨之而來的安全問題。
經(jīng)典共識(shí)協(xié)議的失效我們研究的結(jié)論可能令你吃驚：甚至在99%的在線節(jié)點(diǎn)誠實(shí)的情況下，目前所有的經(jīng)典共識(shí)協(xié)議都無法在這樣的場景中順利運(yùn)行。我來簡單解釋一下，經(jīng)典共識(shí)協(xié)議可以分為兩類，即同步共識(shí)協(xié)議和非同步共識(shí)協(xié)議，在同步協(xié)議中可以立即接收信息，而非同步協(xié)議中，作惡者可以隨意的修改信息和延遲發(fā)出。為什么在同步協(xié)議中會(huì)失效呢？原因很簡單，因?yàn)橐恢痹诰€的節(jié)點(diǎn)按順序接收信息，而在“Sleep Model”中，我們允許睡眠節(jié)點(diǎn)在蘇醒后接收信息。而信息的延遲存在著不確定性。
那么，為什么非同步協(xié)議也會(huì)失效呢？原因在于在非同步協(xié)議中，睡眠節(jié)點(diǎn)將會(huì)被視為作惡節(jié)點(diǎn)。假設(shè)某個(gè)協(xié)議可以在已知數(shù)量情況下允許1/3作惡者存在，但如果有99%節(jié)點(diǎn)為沉睡節(jié)點(diǎn)，那么這些節(jié)點(diǎn)被視為作惡節(jié)點(diǎn)，這樣你無法得到足夠選票達(dá)成共識(shí)。
我們說比特幣的中本聰區(qū)塊鏈（PoW模式）具有魯棒性，這有兩方面含義：好處是，中本聰區(qū)塊鏈在大多數(shù)在線節(jié)點(diǎn)誠實(shí)時(shí)可以達(dá)成共識(shí)；但缺點(diǎn)是：能耗太高。今日用于比特幣挖礦的電力高達(dá)1.5GW，比美國最大的核電站發(fā)電量或者美國10%的太陽能發(fā)電量都要大。
我們是否可以在達(dá)到中本聰區(qū)塊鏈的魯棒性的同時(shí)，又免于支付高額代價(jià)？辦法是：保留中本聰?shù)膮^(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)，但去除PoW共識(shí)；其中的挑戰(zhàn)在于，在達(dá)到這一點(diǎn)的同時(shí)保證安全性？
我來簡單解釋區(qū)塊鏈的機(jī)制。中本聰區(qū)塊鏈將前一個(gè)塊數(shù)據(jù)和交易，進(jìn)行hash，為什么PoW耗費(fèi)資源？因?yàn)楣：瘮?shù)具有隨機(jī)性，為了找到適合的解，必須嘗試各種隨機(jī)數(shù)求解，而誠實(shí)節(jié)點(diǎn)只相信“最長的鏈”，如果某個(gè)作惡節(jié)點(diǎn)想要否定某筆交易雙花，他需要獲得大部分哈希算力來保證其提交的塊結(jié)果被接受。
我們可以將PoW視為“領(lǐng)導(dǎo)人選舉”，如果你提出一個(gè)正確的解，你就是具備下一個(gè)塊的出塊權(quán)并提交交易。我們的想法是：是否可以限定解法的范圍，從而達(dá)到降低資源浪費(fèi)的效果？
基于Sleepy Model的PoS共識(shí)機(jī)制讓我們考慮一個(gè)簡單的“允許協(xié)議”，這意味著我們知道哪些節(jié)點(diǎn)參與協(xié)議、每個(gè)節(jié)點(diǎn)都知道其他節(jié)點(diǎn)的公鑰，稍后我會(huì)講，如何在PoS下無需允許達(dá)成共識(shí)。假設(shè)所有節(jié)點(diǎn)有一個(gè)一周的同步期，在每一個(gè)時(shí)間周期，Dan將他的名字、當(dāng)前時(shí)間結(jié)果一同計(jì)算哈希值，如果小于難度系數(shù)，那么Dan將會(huì)被選為出塊者，并收集信息出塊，其他人可以檢查Dan是否是正確的出塊者，以及通過公鑰驗(yàn)證這一區(qū)塊是否由Dan簽署。
問題在于：這個(gè)協(xié)議是否足夠安全？在這一模式下，作惡者的收益更大：當(dāng)誠實(shí)的節(jié)點(diǎn)當(dāng)選，他會(huì)出一個(gè)塊，當(dāng)作惡者當(dāng)選，他會(huì)出很多塊，以及挖未來的塊。因此我們做了進(jìn)一步修正：
1.）每個(gè)塊的時(shí)間戳是嚴(yán)格遞增的；
2）誠實(shí)節(jié)點(diǎn)會(huì)拒絕“未來時(shí)間區(qū)塊”。
這樣，不誠實(shí)節(jié)點(diǎn)就不能為所欲為出塊了。某種意義上這一協(xié)議的安全性得到了保證，但實(shí)際上通常不是這樣，因?yàn)榉钦\實(shí)節(jié)點(diǎn)仍然可以使用已經(jīng)選舉的節(jié)點(diǎn)和他們的塊制造出分叉。
為了證明我們的“休眠共識(shí)”機(jī)制有效，我們?nèi)孕枰嗟淖C明。由于時(shí)間關(guān)系在此我不再展開，詳細(xì)內(nèi)容可以閱讀我們的最新論文，在論文中我們介紹了：1）更詳細(xì)的證明；2）更弱的假設(shè)；3）更強(qiáng)大的安全模型結(jié)果。我認(rèn)為這一研究對于銀行等聯(lián)盟鏈非常有吸引力，每個(gè)銀行成為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，以去中心化的方式來管理他們的票據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)更快的銀行間結(jié)算；至于魯棒性，銀行可以隨時(shí)重啟機(jī)器進(jìn)行檢修，而無需與其他銀行進(jìn)行協(xié)調(diào)。
關(guān)于互聯(lián)網(wǎng)級別的共識(shí)機(jī)制，我們意識(shí)到有太多的問題比我們所理解的東西更難以理解，我們需要一個(gè)新的理論框架對于這些協(xié)議進(jìn)行分析和推理，同時(shí)我們也可能需要安全的協(xié)議設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，這對于加密社區(qū)來說也非常重要，無論從新的加密協(xié)議、或是分布式計(jì)算都是如此。另一方面，從理論研究到產(chǎn)生實(shí)際影響，這也需要可驗(yàn)證的安全協(xié)議以及實(shí)施方案。謝謝。
相關(guān)論文：The Sleepy Model of Consensus 摘要分布式計(jì)算及相關(guān)密碼學(xué)文獻(xiàn)通?？紤]兩種類型的參與者：誠實(shí)的玩家和作弊的玩家，然后會(huì)分析彈性屬性以假設(shè)誠實(shí)玩家的比例下限。
按照假設(shè)，誠實(shí)的玩家不僅被假定遵循規(guī)定的協(xié)議，而且在整個(gè)協(xié)議執(zhí)行過程中被假定為在線。而在實(shí)際場景中，可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)百萬玩家的“大規(guī)?！惫沧R(shí)協(xié)議（例如區(qū)塊鏈協(xié)議），這種假設(shè)是不切實(shí)際的。在本研究中我們研究分布式協(xié)議，玩家的狀態(tài)可以是在線（警戒）或離線（睡著），他們的在線狀態(tài)可能在協(xié)議期間的任何時(shí)候改變。我們希望解決的主要問題是：
我們能否設(shè)計(jì)出在僅有零星用戶參與下仍然保持彈性的共識(shí)協(xié)議？即，在任何給定的點(diǎn)上，都只有極少一部分用戶實(shí)際在線參與？
據(jù)我們所知，即使我們假設(shè)，99％的在線玩家都是誠實(shí)的，目前的共識(shí)協(xié)議在這種零星參與的狀態(tài)下都會(huì)崩潰。
本研究則發(fā)現(xiàn)了上述零星參與情況下仍然可以形成共識(shí)的可能性。我們提出了一個(gè)基于“Sleepy Mode”（沉睡模式）的共識(shí)協(xié)議，該模式彈性假設(shè)只有大多數(shù)在線玩家是誠實(shí)的。我們的協(xié)議依賴于公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（PKI），一種通用隨機(jī)字符串（CRS），并且在Dwork-Naor-Sahai（STOC\'98）的時(shí)序模型中被證明是安全的。在該模型中，所有玩家被假定為具有弱同步時(shí)鐘（所有時(shí)鐘與實(shí)時(shí)時(shí)間的偏差在Δ之內(nèi)），并且在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送的所有消息都在Δ時(shí)間內(nèi)傳送，并且假設(shè)存在次指數(shù)安全的抗碰撞哈希函數(shù)和增強(qiáng)的陷門排列。
一個(gè)令人驚訝的發(fā)現(xiàn)是，我們的協(xié)議明顯偏離了分布式共識(shí)的標(biāo)準(zhǔn)方法，而我們卻依賴中本聰區(qū)塊鏈協(xié)議背后的關(guān)鍵思路（同時(shí)不需要POW工作證明）。最后我們最終觀察到，如果大多數(shù)在線玩家不誠實(shí)，“沉睡共識(shí)”是無法實(shí)現(xiàn)的。
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