[论文解读] ABC: Proof-of-Stake without Consensus
ABC 引入了一种无需许可、异步的区块链协议，用确定性的、基于权益证明的机制取代了工作量证明和共识机制，实现了即时终局性和并行交易处理。通过放松全共识以仅支持基本的加密货币功能，ABC 在不依赖随机性或同步通信的前提下，实现了高效率、终局性和弹性。
We introduce a new permissionless blockchain architecture called ABC. ABC is completely asynchronous, and does rely on neither randomness nor proof-of-work. ABC can be parallelized, and transactions have finality within one round trip of communication. However, ABC satisfies only a relaxed form of consensus by introducing a weaker termination property. Without full consensus, ABC cannot support certain applications, in particular ABC cannot support general smart contracts. However, many important applications do not need general smart contracts, and ABC is a better solution for these applications. In particular, ABC can implement the functionality of a cryptocurrency like Bitcoin, replacing Bitcoin's energy-hungry proof-of-work with a proof-of-stake validation.
研究动机与目标
- 设计一种区块链系统，消除工作量证明和全共识机制，同时为加密货币用例维持安全性和终局性。
- 实现在不依赖随机性、同步通信或高能耗挖矿的前提下，实现无需许可的参与。
- 在单轮通信往返内实现交易终局，确保确定性、可验证的结果。
- 在异步网络环境中支持可扩展的、并行的交易处理。
- 为不需通用智能合约的应用提供比现有基于权益证明和共识的区块链更简单、更高效的替代方案。
提出的方法
- ABC 使用基于权益证明的机制，其中验证者根据其代币持有量被选中，只要超过三分之二的验证者诚实，系统即保持安全。
- 协议运行在异步网络模型中，使其能够抵御消息延迟、网络分区和遮蔽攻击。
- 交易由验证者并行处理，由于可并行化，吞吐量无内在瓶颈。
- 终局性在交易被包含进区块并经由多数验证者验证后立即实现，不随时间增长概率性置信度。
- 使用数字签名和哈希函数等密码学原原子确保真实性与完整性，同时协议保持完全确定性。
- 支持委托机制，允许代币持有者将验证职责委派给他人，同时保留对其代币的所有权。
实验结果
研究问题
- RQ1区块链系统是否能在不使用工作量证明或全共识的情况下实现终局性和安全性？
- RQ2能否设计一种无需许可的区块链，在完全异步环境下运行，且不依赖随机性或同步假设？
- RQ3在区块链系统中，是否可以实现交易处理的完全并行化，同时保持一致性和终局性？
- RQ4区块链实现基本加密货币功能（无需通用智能合约）的最小需求是什么？
- RQ5放松共识机制对区块链系统的安全性、效率和适用性有何影响？
主要发现
- ABC 在单轮通信往返内实现交易终局，消除了比特币中概率性确认模型的依赖。
- 该协议完全异步，只要网络最终能传递消息，即可抵御消息延迟和遮蔽攻击等网络层攻击。
- ABC 支持并行交易处理，实现高吞吐量，且无因顺序验证而产生的固有瓶颈。
- 系统为确定性机制，不依赖领导者选择或区块创建中的随机性，简化了实现与验证。
- 在超过三分之二的总质押代币由诚实参与者持有的假设下，系统安全性得以维持，与其它基于权益证明的协议一致。
- 由于共识机制的放松，ABC 无法支持通用智能合约，但非常适合用于支付和转账等基本加密货币功能。
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