协议进化论：行动证明（Proof of Activity）

　　【摘要】我们提出一种新的密码学货币协议，该协议结合了工作量证明(PoW)和权益证明(PoS)，并建立在比特币协议上。我们的行动证明(Proof of Activity, PoA)协议，能够防御未来针对比特币的攻击，为比特币提供安全保障，而且，该协议对比特币的网络通信和存储空间的影响不大。

　　我们探究了针对行动证明(PoA)协议的各种潜在攻击，对这些缺陷给出了补救措施，我们也评估了行动证明(PoA)协议的核心子程序。

　　1 前言

　　从2009年发行以来，比特币不断取得成功。作为一种交易手段，比特币促进了全球的交易，交易费用更低，消除了身份盗用的风险。作为一种价值储藏手段，比特币没有对手风险，而且由于去中心化的特性，比特币的发行不会受到中央银行的控制。

　　比特币的密码学基础还衍生出了许多其它的特性，包括:通过多重签名控制一个地址实现的共享密钥，通过计算的完整性证明实现与其它系统的非交互交易，链外小额交易通道，通过分布式网络执行的各种合同，无需信任的赌博和多方计算，通过零知识证明实现无需信任的数据交易，利用密钥的同态性，减少接触私钥可能性的分级钱包(hierarchical wallet)，通过彩色币实现的去中心化的证券交易所和预测市场等等。

　　我们不禁会问，针对比特币的哪种攻击可能会真正发生 ，哪些理念可以最有效地减轻这些攻击

　　因为直到现在，比特币仍然具有防御攻击的能力，所以我们的关注点是，比特币防御能力的可持续性。

　　更准确地说，我们特别关心，当工作量证明(PoW)的挖矿行为，没有区块奖励的时候，网络需要通过交易费用维持安全时的攻击环境。

　　健壮的密码学货币协议，应该努力提供一种奖励机制，在这一奖励机制下，积极维护密码学货币协议，应该符合这一系统不同参与者的利益。

　　关于这一点，我们为比特币协议提供了详尽的扩展，解除我们认为的，对比特币可能会遭受的安全威胁。攻击比特币的扩展协议的成本，会更加昂贵。

　　本质上，我们的分析和提议的补救措施，源自这一命题：工作量证明(PoW)的矿工，没有经济激励维护比特币网络的安全，而利益相关者(即比特币所有者)适合帮助完成这一任务。

　　我们提出的行动证明(PoA)协议，可能还有其它的特性，例如，加强网络拓扑和减少能量消耗。

　　为了实现行动证明(PoA)协议优良特性，行动证明(PoA)网络的节点，要较比特币的节点，做更多的工作、和进行更多的通信。

　　行动证明(PoA)协议的目的是，实现去中心化的密码学货币网络，它是工作量证明(PoW)和权益证明(PoS)的结合体，能保障网络的安全。

　　笼统地说，在基于工作量证明(PoW)的协议中，执行计算任务的矿工 拥有决策权 ， 在基于权益证明(PoS)的协议中，货币的拥有者拥有决策权 。

　　尽管我们承认，基于权益证明(PoS)的协议提供了重要的优势，但是，它并没有可靠高效地减轻，成功的密码学货币将会面临的所有主要的风险。

　　一大主要风险是中心化，致力于工作证明(PoW)计算和交易确认的数据中心，由于规模经济，可能胜过业余矿工。

　　在权益证明(PoS)系统中，工作证明(PoW)中存在的数据中心风险减小了，但是其它的风险仍然存在(见2.1节)，而且又引入了新的中心化风险(大股东可能会控制更个系统，更多风险见第5部分)。

　　另一个主要风险是，“被污染的币”(“tainted” coin)会侵蚀货币的可替代性。这一风险是权益证明(PoS)所特有的，可以通过混合或SNARKs减轻这一风险。

　　早在2011年，在比特币社区希望改进比特币的背景下，就有社区成员设想，不同的权益证明(PoS)系统。针对权益证明的第一次讨论，可能是这篇文章(译者注：见PDF文档，序号对应的文献)，具体的协议在该文中首次被认真考虑。

　　我们认为，早期的权益证明(PoS)方案与行动(PoA)证明相比，有安全缺陷或者不切实际的开销。详情见本论文3.1节和文献。

　　让我们在这里，首先对比特币协议做一个简明的描述(参见详细说明)。在第三部分，我们用相似的语言，描述了行动证明(PoA)协议，这样，便于比较比特币协议和行动证明协议(PoA)。

　　每位矿工收集广播的比特币网络中的交易，通过不断对由交易信息、上一个区块的哈希值、公钥地址和一个随机数构成的数据进行哈希计算，生成一个区块。

　　当一位矿工成功地生成了一个区块，这意味着他的区块数据的哈希值小于目前的难度值，他就可以向全网广播这个区块。

　　其他的矿工认为，这一区块有效–该区块含有上一个区块的哈希值，并且满足当前的难度值—并在最长的区块链上，他们就在这一区块的后面继续挖矿。

　　A、区块奖励(新挖出的比特币)和交易费用转到成功生成新区块矿工的公共地址中。这意味着只有矿工可以花费他赚到的比特币，他用私钥进行签名才能花费比特币。

　　B、挖矿的难度水平根据参与挖矿的算力进行调整，每2016个区块(大约两周)进行一次难度升级，从而维持平均每10分钟生成一个区块的速度。

　　C、一开始区块的奖励是50个比特币，每隔210000个区块，奖励减半，即大约每四年奖励减半。

　　这篇论文的结构如下:

　　在第二部分，我们描述针对比特币的可能攻击。

　　在第三部分，我们详细说明对比特币协议的扩展，讨论它的的特性。

　　在第四部分，我们考虑密码学货币的另外一个重要的方面，就是在行动证明(PoA)协议的背景下，初始的货币公平发行问题。

　　在第五部分，我们比较针对行动证明(PoA)的攻击和针对比特币的攻击，并分析行动证明(PoA)方案的潜在缺陷。

　　在第六部分，我们评估对针对行动证明(PoA)攻击和针对比特币攻击的成本差异。

　　在附录A中，我们运行了初步的基准测试程序，衡量核心的行动证明(PoA)子程序的表现，并讨论将来如何提高效率。

　　1

　　2 动机(略)

　　2.1 公共地悲剧引起的

　　2.2 密码学货币面临的额外危险

　　3 协议(略)

　　3.1协议讨论

　　3.2协议附件

　　4 货币供给(略)

　　5 安全性(略)

　　5.1 网络拒绝服务

　　5.2 中心化权益池

　　5.3 双花贿赂服务

　　6 成本分析(略)

　　7 结论

　　行动证明(PoA)协议，力图采用十分显著的方式，分散同步交易的力量。

　　为了垄断区块生成，攻击者需要控制“已经生成的币总量”的大部分。

　　我们认为，攻击行动证明(PoA)协议的成本，要远远高于攻击比特币纯工作量证明(PoW)协议的成本。

　　另外，行动证明(PoA)协议，也可能提供其它的优良特性，即提高网络拓扑结构，激励维护全部在线节点 ，更低的交易费用和更有效率的能源利用。

　　致谢

　　我们感谢“cunicula”(网名)关于权益证明(PoS)和行动证明(PoA)的许多有用的讨论。

　　我们感谢Gregory Maxwell对比特币和密码学货币的许多洞见。

　　我们感谢Lear Bahack对权益证明(PoA)安全方面的评论。

　　PDF英文版原文下载：http://yunpan.cn/QhfKf3S2ZU7vz 提取码 ad0c

　　参考文献(略)

　　附录A：性能评估(略)

　　作者：

　　Iddo Bentov

　　计算机科学技术部(Computer Science Dept.)成员

　　电子邮件：Technion [email protected]

　　Charles Lee

　　莱特币项目主管(Litecoin Project)

　　电子邮件：[email protected]

　　Alex Mizrahi

　　网站负责人(chromawallet.com)

　　电子邮件：[email protected]

　　Meni Rosenfeld

　　以色列比特币协会(Israeli Bitcoin Association)

　　电子邮件：[email protected]

　　巴比特资讯·特约译者：少平

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编译者/作者：玩币族

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