Schwache Subjektivität

Subjektivität bei Blockchains bezieht sich auf die Abhängigkeit von sozialen Informationen, um sich auf den aktuellen Zustand zu einigen. Es kann mehrere gültige Forks geben, aus denen anhand von Informationen ausgewählt wird, die von anderen Peers im Netzwerk gesammelt wurden. Das Gegenteil ist Objektivität, die sich auf Chains bezieht, bei denen es nur eine mögliche gültige Chain gibt, auf die sich alle Blockchain-Knoten durch Anwendung ihrer programmierten Regeln zwangsläufig einigen werden. Es gibt auch einen dritten Zustand, der als schwache Subjektivität (weak subjectivity) bekannt ist. Dies bezieht sich auf eine Chain, die objektiv fortschreiten kann, nachdem ein anfänglicher Informationskern sozial abgerufen wurde.

Voraussetzungen

Um diese Seite zu verstehen, ist es notwendig, zunächst die Grundlagen von Proof-of-Stake zu verstehen.

Welche Probleme löst die schwache Subjektivität?

Subjektivität ist Proof-of-Stake-Blockchains inhärent, da die Auswahl der richtigen Chain aus mehreren Forks durch das Zählen historischer Stimmen erfolgt. Dies setzt die Blockchain mehreren Angriffsvektoren aus, einschließlich Long-Range-Angriffen (langfristige Angriffe), bei denen Blockchain-Knoten, die sehr früh an der Chain teilgenommen haben, einen alternativen Fork aufrechterhalten, den sie viel später zu ihrem eigenen Vorteil veröffentlichen. Alternativ könnten 33 % der Validatoren ihren Einsatz abheben, aber weiterhin bestätigen und Blöcke produzieren, wodurch sie einen alternativen Fork generieren könnten, der mit der kanonischen Chain in Konflikt steht. Neue Blockchain-Knoten oder Blockchain-Knoten, die lange Zeit offline waren, wissen möglicherweise nicht, dass diese angreifenden Validatoren ihre Gelder abgehoben haben, sodass Angreifer sie dazu verleiten könnten, einer falschen Chain zu folgen. Ethereum kann diese Angriffsvektoren lösen, indem es Einschränkungen auferlegt, die die subjektiven Aspekte des Mechanismus – und damit die Vertrauensannahmen – auf ein absolutes Minimum reduzieren.

Checkpoints für schwache Subjektivität

Schwache Subjektivität wird im Proof-of-Stake-Ethereum durch die Verwendung von „Checkpoints für schwache Subjektivität“ (weak subjectivity checkpoints) implementiert. Dies sind Zustands-Roots (state roots), bei denen sich alle Blockchain-Knoten im Netzwerk einig sind, dass sie zur kanonischen Chain gehören. Sie dienen demselben Zweck der „universellen Wahrheit“ wie Genesis-Blöcke, außer dass sie sich nicht an der Genesis-Position in der Blockchain. Der Fork-Auswahl-Algorithmus vertraut darauf, dass der in diesem Checkpoint definierte Blockchain-Zustand korrekt ist und dass er die Chain von diesem Punkt an unabhängig und objektiv verifiziert. Die Checkpoints fungieren als „Revert-Limits“ (Rücksetzungsgrenzen), da Blöcke, die sich vor Checkpoints für schwache Subjektivität befinden, nicht geändert werden können. Dies untergräbt Long-Range-Angriffe, indem Long-Range-Forks als Teil des Mechanismusdesigns einfach als ungültig definiert werden. Die Sicherstellung, dass die Checkpoints für schwache Subjektivität durch einen geringeren Abstand als die Auszahlungsfrist für Validatoren getrennt sind, stellt sicher, dass ein Validator, der die Chain forkt, zumindest um einen bestimmten Schwellenwert geslasht wird, bevor er seinen Einsatz abheben kann, und dass neue Teilnehmer nicht von Validatoren, deren Einsatz abgehoben wurde, auf falsche Forks gelockt werden können.

Unterschied zwischen Checkpoints für schwache Subjektivität und finalisierten Blöcken

Finalisierte Blöcke und Checkpoints für schwache Subjektivität werden von Ethereum-Blockchain-Knoten unterschiedlich behandelt. Wenn ein Blockchain-Knoten auf zwei konkurrierende finalisierte Blöcke aufmerksam wird, ist er zwischen den beiden hin- und hergerissen – er hat keine Möglichkeit, automatisch zu erkennen, welcher der kanonische Fork ist. Dies ist symptomatisch für ein Konsensversagen. Im Gegensatz dazu lehnt ein Blockchain-Knoten einfach jeden Block ab, der mit seinem Checkpoint für schwache Subjektivität in Konflikt steht. Aus der Perspektive des Blockchain-Knotens stellt der Checkpoint für schwache Subjektivität eine absolute Wahrheit dar, die nicht durch neues Wissen von seinen Peers untergraben werden kann.

Wie schwach ist schwach?

Der subjektive Aspekt von Ethereums Proof-of-Stake ist die Anforderung an einen aktuellen Zustand (Checkpoint für schwache Subjektivität) aus einer vertrauenswürdigen Quelle, von der aus synchronisiert werden soll. Das Risiko, einen schlechten Checkpoint für schwache Subjektivität zu erhalten, ist sehr gering, da diese mit mehreren unabhängigen öffentlichen Quellen wie Blocksuchmaschinen oder mehreren Blockchain-Knoten abgeglichen werden können. Es ist jedoch immer ein gewisses Maß an Vertrauen erforderlich, um eine Softwareanwendung auszuführen, zum Beispiel das Vertrauen darauf, dass die Softwareentwickler ehrliche Software produziert haben.

Ein Checkpoint für schwache Subjektivität kann sogar als Teil der Client-Software geliefert werden. Wohl oder übel kann ein Angreifer den Checkpoint in der Software korrumpieren und genauso leicht die Software selbst korrumpieren. Es gibt keinen wirklichen kryptoökonomischen Weg um dieses Problem herum, aber die Auswirkungen nicht vertrauenswürdiger Entwickler werden in Ethereum minimiert, indem es mehrere unabhängige Client-Teams gibt, die jeweils gleichwertige Software in verschiedenen Sprachen entwickeln und alle ein begründetes Interesse daran haben, eine ehrliche Chain aufrechtzuerhalten. Blocksuchmaschinen können auch Checkpoints für schwache Subjektivität bereitstellen oder eine Möglichkeit bieten, von anderswo erhaltene Checkpoints mit einer zusätzlichen Quelle abzugleichen.

Schließlich können Checkpoints von anderen Blockchain-Knoten angefordert werden; vielleicht kann ein anderer Ethereum-Benutzer, der einen vollständigen Blockchain-Knoten (Full Node) betreibt, einen Checkpoint bereitstellen, den Validatoren dann anhand von Daten aus einer Blocksuchmaschine verifizieren können. Insgesamt kann das Vertrauen in den Anbieter eines Checkpoints für schwache Subjektivität als ebenso problematisch angesehen werden wie das Vertrauen in die Client-Entwickler. Das insgesamt erforderliche Vertrauen ist gering. Es ist wichtig zu beachten, dass diese Überlegungen nur in dem sehr unwahrscheinlichen Fall wichtig werden, dass eine Mehrheit der Validatoren sich verschwört, um einen alternativen Fork der Blockchain zu produzieren. Unter allen anderen Umständen gibt es nur eine Ethereum-Chain zur Auswahl.