CON:一文速覽頂級國際學術會議USENIX ATC收錄的Conflux論文_Convex FPIS

編者注：原標題為《錄用率18.6%頂級國際學術會議USENIXATC收錄Conflux論文》。本文作了不改變作者原意的刪減。

日前，Conflux團隊創作的論文《ADecentralizedBlockchainwithHighThroughputandFastConfirmation》被國際頂級學術會議USENIXATC錄用，并受邀參加2020USENIXAnnualTechnicalConference做主題報告。在2019年，中國計算機學會依據技術專業、舉辦屆數、參會人數、錄用率等相關因素，同時重點聽取了院士成員的意見，并且向廣大學者們也征集了建議，將USENIXATC列為A類國際學術會議。

隨著近幾年中國計算機理論研究水平的迅速提高USENIXATC上也出現了越來越多的中國高校與企業。本次Conflux投遞的論文旨在從共識協議出發，通過合理的系統設計與優化來提升區塊鏈的性能，同時保證區塊鏈的安全性。文章指出，在共識層面提升區塊鏈的吞吐率，減少區塊確認的等待時間對于區塊鏈技術的應用有著重要的意義。與最近兩年其他的前沿學術工作相比，Conflux論文的亮點在于：

React的開發公司Anode Labs完成420萬美元融資:金色財經報道，去中心化儲能資產網絡React的開發公司Anode Labs Inc宣布完成420萬美元融資，Lerer Hippeau和Lattice領投，Vayner Fund、CoinShares和Digital Currency Group等參投。

Anode Labs的React網絡使用去中心化Web3技術來節約能源，改善電網使用效率，繼而解決氣候問題，其儲能資產平臺允許參與者將其家庭電池連接到Web3儲能網絡，接入的企業和個人可以獲得現金和Token激勵。（Streetinsider）[2022/11/18 13:18:55]

1.提出了自適應權重的概念，根據網絡是否受到攻擊，在樂觀策略和保守策略之間切換，兼顧效率與安全。

2.實現了3倍網絡延遲時間內的區塊確認，相比之前的結果大幅提升。

3.在20Mbps的網絡條件下，實現了9.38Mbps的共識協議數據運載能力。以每交易100字節計算，相當于每秒11000筆交易。

OpenLeverage：技術問題導致部分倉位保證金率出現波動并產生了錯誤清算:7月29日消息，DeFi 借貸協議 OpenLeverage 在推特上表示，因為技術問題，平臺在將部分保險資金作為 Clans of Clash 和 xOLE 獎勵交易的同時，與 BNB 和 BUSD 相關的部分倉位的保證金率出現波動。導致了 25 個頭寸的錯誤清算，影響了 23 個地址，總資金約為49656美元。也可能對一些頭寸及其相應的入場價格和保證金率造成一些干擾。

目前，技術團隊已經成功解決了這一問題，用戶資產是安全的。團隊將在24小時內賠償因技術問題遭受損失的用戶，并額外補償300美元。[2022/7/29 2:46:32]

4.執行以太坊的真實歷史交易測試系統性能，達到了每秒1392筆交易。而其它系統開發團隊暫無該測試數據。

協議設計

論文首先指出了，當我們通過調整工作量證明的參數，調高區塊生成速率時，中本聰共識協議存在安全性的問題，而GHOST共識協議存在活性攻擊的問題。

在這個攻擊模型中，假設攻擊者對礦工之間的網絡有一定的控制能力：當一個誠實的礦工挖出或收到一個區塊后，經過一個固定的時間d秒,模型保證所有的誠實礦工都收到了這個區塊。但在此期間，攻擊者可以決定誰能收到區塊，誰無法收到區塊。

ByteTree 首席執行官：黃金和比特幣將成為未來幾年投資組合的重要組成部分:金色財經報道，ByteTree 首席執行官在分享的一份說明中表示：在 ByteTree，我們相信黃金和比特幣將成為未來幾年投資組合的重要組成部分。不是因為它們肯定會上漲（我們不知道未來），而是因為在通貨膨脹時代，它們可以對沖兩個方向的政策錯誤：通貨膨脹擁有比特幣；通貨緊縮擁有黃金。

經濟活動放緩、收成增加和商品價格降溫的共同作用似乎暫時緩解了對通脹的擔憂。市場開始受到鼓舞，對抗通脹的斗爭正在取得勝利，而且我們已接近加息周期的尾聲。

此外，今年早些時候，他的公司與專注于加密的受監管指數提供商 Vinter 合作推出了Vinter ByteTree BOLD 指數，該指數“每個月在同等風險加權的基礎上將這些資產匯集在一起??”。（cryptoglobe）[2022/7/6 1:53:19]

在中本聰協議中，過高的區塊生成速率會導致大量的區塊分叉，最長鏈增長速度緩慢，攻擊者更容易構造一條側鏈反超。

中手游上線數字藝術版權分發平臺“有魚藝術”:金色財經報道，中手游宣布旗下子公司海南古茗科技有限公司與北京市版權保護中心、版權鏈全國運營中心、黑龍江北方文化產權交易所無形資產交易中心合作上線數字藝術版權分發平臺“有魚藝術”，購買用戶在”有魚藝術”平臺進行數字藏品交易的過程中，平臺將向用戶收取3.25%的確權費，目前“有魚藝術”已儲備動漫卡通IP喜羊羊與灰太狼；游戲IP仙劍奇俠傳、軒轅劍；EDG電子競技俱樂部；國際數字藝術教父安德魯·瓊斯、潮流藝術家王威等各色IP。[2022/6/20 4:39:19]

在GHOST協議中，攻擊者利用其控制網絡的能力，將誠實節點分成算力大概均等的兩組。組內的通訊是順暢的，但是組與組之間的通訊延遲是d秒.于是，每一組礦工都看不到另一組礦工在最近d秒生成的區塊。利用網絡延遲造成的差異，攻擊者讓兩組參與者對于“X,Y誰的子樹權重更大觀點不一”，從而導致誠實參與者的觀點出現了分裂。

廈門翔安區第二輪汽車消費補貼發放千萬數字人民幣紅包:金色財經報道，廈門首次以數字人民幣形式發放的購車補貼，最高直補4000元，前1500名購車用戶，再享200元數字人民幣消費券。6月1日—6月30日期間，購車即享補貼，每個身份證、每輛新車僅享受一次補貼。憑購車發票：5—15萬（不含15萬）補貼2000元；15—30萬（不含30萬）補貼3000元；30—50萬（含50萬）補貼4000元。通過審核后，補貼將以數字人民幣紅包形式發放到購車消費者的建行數字人民幣錢包。[2022/5/31 3:51:53]

為了解決這一問題，Conflux首先提出了結構化的GHOST。與GHOST協議不同的是，在結構化的GHOST中，只有1/h的區塊是有權重的，其他區塊是沒有權重的。h是一個共識協議參數。而哪些區塊有權重，是根據區塊頭哈希值，通過一個確定的方法選出來的。為方便理解，我們舉一個例子，如果h=1024，當前的難度要求每個合法區塊的哈希值前50位都是0，那么此時，只有前60位都是0的區塊，才可以有權重。

通過這種方法，在安全性上，等價于將GHOST的區塊生成速率降低至1/h。而前文所述的攻擊方式，只在區塊生成速率很高時成立。這樣，就解決了GHOST的活性攻擊問題。

然而，更慢的“含權重區塊”生成速率，導致了更慢的區塊確認時間。于是，Conflux設定了兩種區塊生成策略，樂觀策略使用普通的GHOST規則，而保守策略使用結構化的GHOST。當攻擊真的發生時，共識協議非同步地切換到保守策略。沒有攻擊發生時，使用樂觀策略。特別在保守策略下，每個含權重區塊的權重被設為h,以保證兩種策略下生成區塊的期望權重不變。兩種策略之間的切換規則顯得尤為重要，Conflux設計了一套規則來保證：

1.如果攻擊發生并持續一段時間，所有誠實節點都切換到保守策略。

2.在誠實節點沒有探測到攻擊發生時，攻擊者不能使用保守策略挖一條側鏈。

同時，為了提高吞吐率，不浪費主鏈以外的區塊，Conflux采用了樹圖結構。在GHOST規則里，每個區塊通過父邊指向另一個區塊，所有區塊構成樹的結構。而Conflux允許每個區塊通過引用邊引用其他分支上的區塊，形成樹圖結構。樹圖結構不丟棄任何區塊，大大提高了共識層面的吞吐率。

在樹圖結構之上，Conflux通過GHOST規則選出一條主鏈。然后基于主鏈，將區塊進行排序。區塊的排序進而決定了哪些交易在前，哪些交易在后。

系統實現與優化

將吞吐率提高后，Conflux在系統實現過程中遇到了大量的挑戰。Conflux針對性地提出了若干優化方案。

1.檢查點機制：當一個區塊以高概率被確認，并持續一段相當長的時間后，Conflux全節點將刪除這個區塊更早的交易內容與賬本狀態，僅保留區塊頭，以節約內存空間。

2.引導機制：如果一個區塊鏈系統的吞吐率接近帶寬極限，當一個新節點加入時，從創世塊開始同步會導致新節點永遠無法追上最新狀態。因此Conflux從檢查點開始同步交易。

3.交易轉發：Conflux使用了更有效、對帶寬占用更小的去重方式來實現交易轉發。

4.簽名驗證：簽名驗證的計算開銷巨大，Conflux使用多線程并行化簽名驗證。

5.激勵機制：Conflux設計了若干激勵機制細節，以應對樹圖結構里可能的攻擊行為。

6.延遲執行：在高區塊生成速率下，GHOST規則所選取的主鏈末端往往是不穩定的。在trivial的實現中，每次主鏈末端“擺動”，區塊的順序都會發生改變，于是Conflux需要重新執行交易。這帶來了不必要的開銷。在延遲執行策略中，對于高度為x的主鏈區塊，區塊只需要執行高度x-c區塊之前的交易并填入賬本MerkleRoot中。c是一個經驗參數滿足：在系統正常運行時，主鏈上最后c個區塊以外的區塊，“擺動”的頻率很低。

7.使用Link-cuttree維護樹圖結構。將維護子樹權重的計算開銷從O(n)降低到O(logn).

實驗數據

Conflux在800臺AmazonEC2m5.2xlarge虛擬機上進行實驗。在可擴展性實驗中，每臺機器運行15個Conflux全節點，以模擬最高12000個全節點。在其他實驗中，每臺機器運行1個Conflux全節點。所有實驗都將各節點網絡帶寬限制在20Mbps.

在不同的區塊大小和區塊生成速率等系統參數下，Conflux區塊傳輸延遲和確認時間均在幾十秒量級上。最高支持9.38Mbps共識吞吐率。

當網絡中全節點增多時，交易轉發和確認時間沒有明顯的增長。

在交易執行實驗中，Conflux重跑了以太坊上的真實數據，達到了1392筆/秒的速度。交易執行實驗說明了，Conflux不僅僅設計了一個高效的共識協議，并且為區塊鏈系統的效率問題提供了端到端的解決方案。

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