VIT:Vitalik Buterin：協議設計中的封裝復雜性和系統復雜性權衡_ITA

作者：VitalikButerin，原文來源：vitalik.ca?

以太坊協議設計的主要目標之一是最小化復雜性：使協議盡可能簡單，同時仍然使區塊鏈能夠完成一條有效區塊鏈需要做的事情。以太坊協議在這方面遠非完美，尤其是因為它的大部分是在2014-16年設計的，當時我們對它的了解要少得多，但我們仍然盡可能地積極努力降低復雜性。

然而，這一目標的挑戰之一是復雜性是難以定義的，有時，您必須在兩種選擇之間進行權衡，這兩種選擇會引入不同類型的復雜性并具有不同的代價。我們如何比較？

允許對復雜性進行更細致入微的思考的一種強大的智力工具是區分我們稱之為封裝復雜性和系統復雜性的東西。

當一個系統具有內部復雜的子系統但對外提供一個簡單的“接口”時，就會出現封裝復雜性。當一個系統的不同部分甚至不能完全分開并且彼此之間具有復雜的相互作用時，就會出現系統復雜性。

加速器Graviton推出5萬美元的Web3初創企業扶持資金:金色財經報道，加速器Graviton宣布一項計劃，旨在幫助印度 Web 3.0 初創企業獲得高達 50,000 美元的資金。該公司正在與 Hashkey Capital、NGC Ventures、Ascensive Assets、Moonrock Capital、369 Capital 和 Stacker Ventures 等風險投資公司合作。[2023/1/21 11:24:02]

下面有一些例子。

BLS簽名與Schnorr簽名

BLS簽名和Schnorr簽名是可以用橢圓曲線制作的兩種流行的加密簽名方案類型。

BLS簽名在數學上看起來非常簡單：

簽署：

Morgan Creek聯創等人創立研究公司Reflexivity Research，以幫助傳統金融投資數字資產:9月19日消息，Morgan Creek Digital聯合創始人Anthony Pompliano與鏈上分析師Will Clemente和Inflection Points共同創立機構級研究公司Reflexivity Research，將通過研究報告、每周客戶電話、與行業專家的獨家研討會，以及為特定客戶提供私人咨詢等方式提供見解，從而幫助傳統金融將數萬億美元投資于比特幣和數字資產。[2022/9/19 7:05:23]

驗證：

H是一個哈希函數，m是消息，k和K是私鑰和公鑰。到這里為止，看起來都很簡單。然而，真正的復雜性隱藏在e函數的定義中：橢圓曲線配對，這是所有密碼學中最難理解的數學題之一。

鏈游Civitas完成2000萬美元融資，Delphi Digital和三箭資本領投:4月12日消息，鏈游Civitas宣布完成2000萬美元融資，Delphi Digital和三箭資本領投，Framework Ventures、BITKRAFT、DeFiance Capital、Sfermion、CCP Games、Yield Guild Games、Merit Circle和YGG SEA等參投。

據了解，本輪融資將用于將Civitas構建為一款社區驅動的協作類城市建設游戲，擬在2023年第一季度推出測試版，并在2023年晚些時候正式推出。（Venturebeat）[2022/4/13 14:20:44]

現在，再看看Schnorr簽名。Schnorr簽名僅依賴于基本的橢圓曲線。但是簽名和驗證邏輯要復雜一些：

動態 | Vitalik Buterin 反駁 Tuur Demeester 對以太坊的批評:以太坊創始人 Vitalik Buterin 在 Reddit 上逐條點評和反駁了 Adamant Capital 創始人 Tuur Demeester 此前對以太坊做出的批評。Vitalik Buterin 稱，這些批評意見無視以太坊在研究和開發方面取得的進展，忽視了以太坊社區在過去一年中規模的擴張和專業度的提升。此前，Tuur Demeester 連發 50 條推文，歷數他眼中以太坊的種種短板，認為以太坊最多是一個科學實驗，其目前市值已經跌至 130 億美元，依然估值過高，這一系列推文引發大量討論。[2019/1/1]

那么......哪種類型的簽名“更簡單”？這取決于你關心什么！BLS簽名具有巨大的技術復雜性，但復雜性都隱藏在e函數的定義中。如果將e函數視為黑盒，BLS簽名實際上非常簡單。另一方面，Schnorr簽名的總體復雜性較低，但它們有更多可能以棘手的方式與外部世界交互的部分。

Vitalik Buterin發布新的概念驗證:本周一以太坊設計者Vitalik Buterin發布了一個新的概念驗證，演示了如何將分片擴展解決方案“栓在”Ethereum主鏈上。并發推表示“分片即將來臨”。該演示遵循Ethereum聯合創始人最近推出的“最小分片協議”計劃，旨在顯著提高以太坊區塊鏈的事務吞吐量和可擴展性。[2018/5/1]

例如：

進行一個BLS多重簽名很容易：只需

。但是Schnorr多重簽名需要兩輪交互，并且需要處理棘手的密鑰取消攻擊。

Schnorr簽名需要隨機數生成，BLS簽名不需要。

橢圓曲線配對就像是一個強大的“復雜性海綿”，因為它們包含大量封裝的復雜性，但可以實現系統復雜性低得多的解決方案。在多項式承諾領域也是如此：將KZG承諾的簡單性與內積參數的更復雜的內部邏輯進行比較。

密碼學與密碼經濟學

許多區塊鏈設計中出現的一個重要設計選擇是密碼學與密碼經濟學的選擇。通常這以在有效性證明和欺詐證明之間進行選擇的形式出現。

ZK-SNARK是一種復雜的技術。雖然可以在一篇文章中解釋它們如何工作背后的基本思想，但實際上實現ZK-SNARK來驗證某些計算所涉及的復雜性是計算本身的許多倍。有效地實施ZK-SNARK涉及具有特殊目的優化的電路設計、使用不熟悉的編程語言以及許多其他挑戰。另一方面，欺詐證明本質上很簡單：如果有人提出挑戰，您只需直接在鏈上運行計算。為了提高效率，有時會添加二進制搜索方案，但即使這樣也不會增加太多復雜性。

但是，雖然ZK-SNARK很復雜，但它們的復雜性是封裝的復雜性。另一方面，欺詐證明的相對簡單的復雜性是系統性的。以下是欺詐證明引入的系統復雜性的一些示例：

他們需要謹慎的激勵工程來避免驗證者的困境。如果在達成共識的情況下完成，他們需要額外的交易類型來證明欺詐，以及推理如果許多參與者競爭同時提交欺詐證明會發生什么。它們依賴于同步網絡。它們允許審查攻擊被用來提交盜竊行為。基于欺詐證明的Rollup要求流動性提供者支持即時提款。由于這些原因，即使從復雜性的角度來看，基于ZK-SNARKs的純加密解決方案也可能長期更安全：ZK-SNARKs存在一些人必須考慮的更復雜的部分，但它們存在更少的每個人不得不考慮的懸而未決警告。

其他示例

工作量證明——低封裝復雜度，因為機制極其簡單易懂，但系統復雜度更高。哈希函數——高封裝復雜性，但非常易于理解的屬性，因此系統復雜性低。隨機洗牌算法——洗牌算法可能內部復雜但導致易于理解的強隨機性保證，或者內部更簡單但導致更弱且更難以分析的隨機性屬性。礦工可提取價值——一個強大到足以支持復雜交易的協議在內部可能相當簡單，但這些復雜的交易可能會對協議的激勵產生復雜的系統性影響，因為它有助于以非常不規則的方式提出區塊的激勵。Verkle樹——Verkle樹確實有一些封裝的復雜性，實際上比普通的Merkle哈希樹要復雜得多。然而，從系統上講，Verkle樹呈現出與密鑰值映射完全相同的相對簡潔的界面。主要的系統復雜性“泄漏”是攻擊者操縱樹以使特定值具有非常長的分支的可能性；但是對于Verkle樹和Merkle樹，這種風險是相同的。

我們如何進行權衡？

通常，封裝復雜度較低的選擇也是系統復雜度較低的選擇，因此有一個選擇顯然更簡單。但在其他時候，您必須在一種復雜性和另一種復雜性之間做出艱難的選擇。在這一點上應該清楚的是，如果將復雜性封裝起來，那么它的危險性就會降低。系統復雜性帶來的風險并不是規范有多長的簡單函數；與其他部分交互的一個小的10行規范比原本被視為黑匣子的一個100行函數增加了更多的復雜性。

然而，這種偏好封裝復雜性的方法存在局限性。軟件錯誤可能出現在任何一段代碼中，并且隨著它變得越來越大，錯誤的概率接近1。有時，當您需要以一種意想不到的新方式與子系統交互時，最初封裝的復雜性可能會變得系統化。

后者的一個例子是以太坊當前的兩級狀態樹，它具有一棵賬戶對象樹，其中每個賬戶對象又擁有自己的存儲樹。

這種樹結構很復雜，但一開始復雜性似乎得到了很好的封裝：協議的其余部分與樹交互，作為您可以讀取和寫入的密鑰/值存儲，因此我們不必擔心關于樹的結構。

然而，后來證明復雜性產生了系統性影響：賬戶擁有任意大存儲樹的能力意味著無法可靠地期望狀態的特定部分有一個可預測的大小。這使得將狀態拆分為多個部分變得更加困難，從而使同步協議的設計和嘗試分配存儲過程變得復雜。為什么封裝的復雜性會變成系統性的？因為接口變了。修復？當前遷移到Verkle樹的提議還包括遷移到一種平衡良好的樹的單層設計。

最終，在任何給定情況下支持哪種類型的復雜性是一個沒有簡單答案的問題。我們能做的最好的事情就是保持適度支持封裝復雜性的態度，但不要過多，并在每個具體情況下行使我們的判斷力。有時，犧牲一點系統復雜性來大幅降低封裝的復雜性確實是最好的做法。在其他時候，您甚至可能會誤判什么是封裝的，什么不是。每種情況都不同。

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