[论文解读] How to verify computation with a rational network

Sanjay Jain, Prateek Saxena+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 19, 2016

Cryptography and Data Security参考文献 13被引用 4

一句话总结

本文提出了一种经济协议，利用理性激励机制和验证博弈，确保在去中心化网络中外包计算的正确性。通过使用押金和奖励机制，激励证明者提交正确解，激励挑战者检测错误，从而在最小化密码学开销的前提下实现可证明的正确结果。

ABSTRACT

The present paper introduces a practical protocol for provably secure, outsourced computation. Our protocol minimizes overhead for verification by requiring solutions to withstand an interactive game between a prover and challenger. For optimization problems, the best or nearly best of all submitted solutions is expected to be accepted by this approach. Financial incentives and deposits are used in order to overcome the problem of fake participants.

研究动机与目标

• 解决基于区块链的计算中的验证者困境问题，即理性矿工可能为最大化收益而跳过验证计算量大的交易。
• 设计一种系统，确保在不依赖昂贵密码学证明的前提下，外包任务的计算结果正确。
• 构建一种经济机制，激励去中心化网络中的证明者和挑战者均采取诚实行为。
• 通过证明者与挑战者之间的博弈论交互，实现计算解的正确且高效验证。
• 证明在合理的经济假设下，正确解将被高概率选择，而错误解将被拒绝。

提出的方法

• 引入一种验证博弈，其中证明者提交解，挑战者通过交互式挑战尝试反驳这些解。
• 每次挑战均以押金为保障，网络按押金金额大小对挑战进行排序，优先处理可信度高的挑战。
• 网络维护一个解-挑战对的字典序列表，并按顺序处理，失败者将其押金全部转移给胜者和任务发布者。
• 押金按50/50的比例分配给胜者和任务发布者，失败者将被禁止参与后续活动。
• 协议使用以太坊智能合约强制执行惩罚与奖励，确保博弈的无信任执行。
• 系统设计使得正确解能通过所有挑战，而错误解则会被理性挑战者检测并拒绝。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否激励去中心化网络中的理性参与者在不依赖昂贵密码学证明的前提下，正确验证外包计算？
• RQ2 当验证成本高昂且矿工为理性个体时，如何解决区块链系统中的验证者困境？
• RQ3 在何种经济与计算条件下，证明者有动机提交正确解，挑战者有动机检测错误？
• RQ4 博弈论机制能否确保即使存在理性对手，也仅选择正确解？
• RQ5 在时间、成本和押金规模方面，需满足何种条件，才能保证正确解在竞争中胜出？

主要发现

• 在既定条件下，具备足够计算能力的证明者有动机提交正确解并赢得奖励。
• 挑战者有动机检测并挑战错误解，因为成功挑战可获得收益，失败则需损失押金。
• 只要任务发布者分配足够的时间和奖励资金，协议可确保仅正确解能通过验证博弈。
• 为阻止虚假提交并确保挑战的可信度，押金至少需为预期计算与网络成本的四倍。
• 系统保证第一个通过字典序排序的正确解赢得奖励，且所有存活参与者均可收回其押金。
• 该协议通过依赖经济激励与博弈论验证，以最小的密码学开销实现了可证明的正确计算。