[論文レビュー] Combining GHOST and Casper

Vitalik Buterin, Diego Ortega Hernandez+7 more|arXiv (Cornell University)|Mar 6, 2020

Distributed systems and fault tolerance参考文献 15被引用数 67

ひとこと要約

Gasper は Casper FFG と LMD GHOST を組み合わせた PoS プロトコルで、さまざまな前提のもと Ethereum 2.0 ベーコンチェーン提案の安全性と（もっともらしく確率的な）ライブネスを実現します。

ABSTRACT

We present "Gasper," a proof-of-stake-based consensus protocol, which is an idealized version of the proposed Ethereum 2.0 beacon chain. The protocol combines Casper FFG, a finality tool, with LMD GHOST, a fork-choice rule. We prove safety, plausible liveness, and probabilistic liveness under different sets of assumptions.

研究の動機と目的

• Ethereum 2.0 ベーコンチェーン設計に適した PoS 合意プロトコルを定義し、研究する。
• Casper FFG のファイナリティ・ガジェットと LMD GHOST のフォーク選択を組み合わせて Gasper を作成する。
• 異なる同期性およびフォールト仮定の下で、安全性、もっともらしく生存性、確率的生存性を証明する。
• シャーディング、ビュー実装、動的検証者集合などの実用的な考慮事項に対処する。

提案手法

• Gasper を Ethereum の beacon chain の理想化された抽象として提示する。
• プライミティブを形式化する：バリデータ、ビュー、 attestations（アテステーション）、および slashing 条件。
• アテステーションを協調させるエポック境界ブロック/ペアと委員会を定義する。
• Casper FFG の正当化とファイナリゼーションの概念を LMD GHOST のフォーク選択と統合する。
• Accountable Safety と Pfob? plausible liveness および probabilistic liveness を、指定されたモデルの下で証明する。
• 実装の実用的な側面と Ethereum の実際の設計との差異について論じる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ビザンチン障害下で、対立する分岐の最終化ブロックを用いて Gasper は安全性を達成できるか。
• RQ2 どの同期性とフォールト仮定の下で Gasper は plausible liveness および probabilistic liveness を保証できるか。
• RQ3 エポック境界、委員会、アテステーションが PoS 環境でどのように相互作用してファイナリゼーションを生み出すか。
• RQ4 Gasper におけるシャーディング、ビュー構築、動的バリデータ集合の実用的影響は何か。

主な発見

• Gasper は責任ある安全性を達成する: 別々の分岐上の二つの最終化済みチェックポイントは、検閲されたバリデータの集合がプロトコル規則に違反しない限り、両方とも最終化されることはできない。
• Plausible liveness は成立する: 基盤となるブロックチェーンが新しいブロックを作成できれば、新しいチェックポイントが最終化され得る。
• 特定の確率的ネットワーク仮定と攻撃モデルの下で確率的生存性が確立される。
• アテステーションの包含遅延とファイナリゼーション遅延が実務的に安全性と生存性に与える影響を論じる。
• 四ケースの最終化ルールと動的バリデータ集合への考慮事項が、理論と実践を橋渡しするために探究される。