[论文解读] BoLD: Fast and Cheap Dispute Resolution

Mario Moisés Álvarez, Henry Arneson+13 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2024

Dispute Resolution and Class Actions被引用 1

一句话总结

BoLD 是一种用于二层区块链的新型争议解决协议，用更高效、抗延迟攻击的方案替代了 Arbitrum 原始协议。它采用优化了时间安排与质押机制的锦标赛式挑战结构，确保恒定的完成时间并减少诚实参与方的计算开销，同时迫使攻击者需耗费显著更多的资源才能延迟解决。

ABSTRACT

BoLD is a new dispute resolution protocol that is designed to replace the originally deployed Arbitrum dispute resolution protocol. Unlike that protocol, BoLD is resistant to delay attacks. It achieves this resistance without a significant increase in onchain computation costs and with reduced staking costs.

研究动机与目标

• 设计一种争议解决协议，能够抵抗延迟攻击，同时不增加链上计算或质押成本。
• 减少诚实参与方在争议解决中的资源负担，特别是针对资源耗尽与审查攻击。
• 用更高效、更安全的替代方案替换原始的 Arbitrum 争议解决协议。
• 在递归挑战结构中实现跨多个抽象层级的可扩展争议解决。
• 在最小化诚实参与方计算负载的前提下，实现恒定完成时间。

提出的方法

• 采用锦标赛式挑战机制，参与者在多轮中竞争解决争议，比赛按二叉或 m 叉结构推进。
• 使用混合时间机制，允许后续轮次在前序轮次完成前启动，将整体延迟降低至 (T + D)⌈logm(1 + NA)⌉ + T。
• 引入一种“单层”BoLD 变体，使用单个挑战，参与者数量固定，且移动顺序具有确定性。
• 应用多层扩展，每层使用递归挑战，通过分层细化实现对复杂争议的高效解决。
• 实施一种质押模型，确保恶意行为者面临不成比例的资源成本，从而抑制延迟与审查攻击。
• 采用计时管理策略，只要玩家赢得前序比赛，即可提前进入后续轮次，提升吞吐量而不损害安全性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何设计一种争议解决协议，使其在保持低链上计算与质押成本的同时，具备抗延迟攻击能力？
• RQ2 在大规模争议解决中，完成时间与诚实参与方计算负载之间的最优权衡是什么？
• RQ3 锦标赛式挑战机制能否在不损害正确性或安全性的情况下，实现跨轮次的安全并行化？
• RQ4 在真实世界 L1 环境中，协议在面对敌对审查与排序攻击时表现如何？
• RQ5 支持递归挑战细化的多层争议解决协议的性能特征是什么？

主要发现

• BoLD 实现了恒定完成时间 (T + D)⌈logm(1 + NA)⌉ + T，与请求数量无关，确保争议解决的可预测性。
• 诚实参与方的计算成本按 m⌈logm(1 + NA)⌉ 缩放，在高请求数量下显著低于以往协议。
• 在多层设置中，协议迫使攻击者以 NA^L 的速率投入质押与资源，使延迟攻击变得代价高昂。
• 混合时间机制通过允许提前启动轮次，减少了完成时间，提升了效率而不损害安全性。
• 多层 BoLD 在恒定时间内完成，诚实参与方计算成本按 NA^L 缩放；而多层 Cartesi 需要 ⌈log2(1 + NA)⌉^L 个串行比赛，导致指数级延迟。
• 即使在敌对审查与排序攻击下，协议仍能保持安全性，证明了在受限游戏中（审查被推迟至最后一轮后）可实现的结果，在无限制游戏中同样可达。