[论文解读] A Predictable Incentive Mechanism for TrueBit

Julia Koch, Christian Reitwießner|arXiv (Cornell University)|Jun 29, 2018

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文提出了一种可预测的TrueBit激励机制，用确定性的求解器选择和独立执行证明替代了概率性的强制错误。通过从绑定的求解器池中随机选择多个求解器，并提交状态快照的Merkle证明，该协议确保了可验证的、均分的奖励，消除了对奖金池或代币税收的需求，提高了可预测性并减少了对投机性激励的依赖。

ABSTRACT

TrueBit is a protocol that uses interactive verification to allow a resource-constrained computation environment like a blockchain to perform much larger computations than usual in a trusted way. As long as a single honest participant is present to verify the computation, an invalid computation cannot get accepted. In TrueBit, the presence of such a verifier is incentivised by randomly injected forced errors. Additionally, in order to counter sybil attacks, the reward for finding an error drops off exponentially with the number of challengers. The main drawback of this mechanism is that it makes it very hard to predict whether participation will be profitable or not. To even out the rewards, we propose to randomly select multiple solvers from a pool and evenly share the fees among them, while still allowing outside challengers. Furthermore, a proof of independent execution will make it harder to establish computation pools which share computation results.

研究动机与目标

• 为解决原始TrueBit协议中依赖概率性强制错误和指数级奖励衰减所导致的奖励不可预测性问题。
• 通过用确定性、可扩展的激励结构替代它，消除对原生Truebit代币、税收和奖金池机制的需求。
• 通过要求使用秘密保护的状态快照的Merkle树证明独立执行，增强对共谋和合谋的抵抗能力。
• 允许任务发布者通过选择求解器数量来为每个任务自定义安全级别，从而实现对验证成本和可靠性的细粒度控制。
• 通过确保稳定、可预测的奖励而非高方差、类似彩票的支付，改善诚实验证的经济激励。

提出的方法

• 为每个计算任务从绑定的、可用参与者池中随机选择k ≥ 2个求解器。
• 要求每个求解器生成并提交一个状态快照的Merkle树，其中每个叶节点包含一个私有密钥（H(s,p)），以确保唯一性。
• 仅在区块链上存储解决方案哈希H(s,p,y)、根r以及指向索引为(1 + r % n)的叶节点的随机Merkle证明pr(r)。
• 允许外部挑战者验证求解器的工作，奖励随挑战者数量的增加呈指数下降，以防止Sybil攻击。
• 若求解器意见不一致，则可启动验证游戏，区块链使用Merkle证明和状态快照解决争议。
• 在超时后，要求所有求解器提交其私有随机性H(s,p)，以验证其独立执行。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何减轻原始TrueBit激励机制中奖励不可预测性的问题，以改善参与者的激励？
• RQ2 是否可以使用确定性的求解器选择和独立执行证明机制替代概率性强制错误，而不会损害安全性？
• RQ3 要求状态快照的Merkle证明在多大程度上能防止求解器之间的共谋和结果共享？
• RQ4 与原始协议相比，该机制如何影响形成验证池的经济激励？
• RQ5 在求解器计算成本增加的情况下，与消除代币激励和税收机制相比，其权衡关系如何？

主要发现

• 在两个求解器的情况下，无效解决方案被接受的概率最多为2.8%，在三个求解器的情况下低于0.46%，其安全性与原始协议相当或更优。
• 该协议消除了对强制错误、奖金池和原生代币的需求，简化了经济模型，并提高了参与者的可预测性。
• 通过使用秘密保护状态快照的Merkle树实现独立执行证明，可防止求解器共享结果或形成共谋池。
• 任务发布者现在可选择每个任务的求解器数量，以独立定制安全级别，实现在不依赖全局税率的情况下进行成本-安全权衡。
• 通过用稳定、可预测的收入替代高方差、类似彩票的奖励，该协议降低了形成“保险池”的激励。
• 尽管因生成证明导致每个求解器的计算成本增加，但该协议在更少的验证者下实现了相当或更好的安全性——例如，在相同假设下，新模型中3个求解器的安全性可匹配原始模型中6个验证者的水平。