[论文解读] Cobalt: BFT Governance in Open Networks

Ethan MacBrough|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2018

Distributed systems and fault tolerance参考文献 13被引用 14

一句话总结

Cobalt 是一种新型的原子广播协议，专为开放、去中心化的网络设计，可在任意异步环境和最大故障条件下确保前向进展，即使存在非均匀信任且无参与者全局共识亦可实现。它将维持一致性的所需 UNL 重叠度从 >90% 降低至 >60%，在保障活性和一致性的前提下，实现更安全、更灵活的去中心化，通过一种民主化、抗审查的机制达成。

ABSTRACT

We present Cobalt, a novel atomic broadcast algorithm that works in networks with non-uniform trust and no global agreement on participants, and is probabilistically guaranteed to make forward progress even in the presence of maximal faults and arbitrary asynchrony. The exact properties that Cobalt satisfies makes it particularly applicable to designing an efficient decentralized "voting network" that allows a public, open-entry group of nodes to agree on changes to some shared set of rules in a fair and consistent manner while tolerating some trusted nodes and arbitrarily many untrusted nodes behaving maliciously. We also define a new set of properties which must be satisfied by any safe decentralized governance algorithm, and all of which Cobalt satisfies.

研究动机与目标

• 设计一种共识协议，使开放网络中的去中心化治理在无需对参与者达成全局共识的前提下依然安全可靠。
• 将维持一致性的唯一节点列表（UNL）重叠度要求从 >90% 降低至 >60%，同时保持一致性和活性。
• 即使在任意异步环境和最大容错条件下，也能确保前向进展，避免先前协议中出现的网络停滞问题。
• 将治理与交易验证分离，仅使用 Cobalt 提议规则变更（如修正案），而不用于交易共识。
• 定义并满足一组专为开放网络中去中心化治理而设计的安全性和活性属性。

提出的方法

• Cobalt 使用基于民主可靠广播（DRBC）原原子的改进型原子广播协议（DABC），确保所有诚实节点最终就相同输入达成一致。
• 引入两阶段协议：第一阶段，节点广播检查以验证输入有效性；第二阶段，使用多值拜占庭一致性（MVBA）协议就输入达成共识。
• 通过 DRBC-抗审查性与 MVBA-终止性保障活性，确保在敌意网络调度下仍能推进。
• 利用本地一致性条件：若两个诚实节点的 UNL 重叠度 >60%，则无论其他节点的重叠情况如何，它们都无法进入不一致状态。
• 协议采用一种“等待协议”，在所有关键子集批准修正案前阻塞进展，确保安全性。
• 定义了全知性（Full Knowledge）属性，确保节点可检测到所有必要输入均已接收且共识即将达成。

实验结果

研究问题

• RQ1 共识协议是否能在存在非均匀信任且无全局参与者共识的开放网络中实现活性与一致性？
• RQ2 在最大故障条件下，能保证一致性和防止网络停滞的最小 UNL 重叠度阈值是多少？
• RQ3 去中心化治理系统如何在任意异步环境和敌意网络行为下确保前向进展？
• RQ4 能否将民主化输入选择与拜占庭一致性结合，构建一种抗审查、可扩展的治理机制？
• RQ5 安全去中心化治理算法所需的关键属性是什么？这些属性能否被形式化验证？

主要发现

• Cobalt 将维持一致性的 UNL 重叠度要求从 >90% 降低至 >60%，显著提升去中心化的灵活性。
• 协议在任意异步环境和最大容错条件下，以概率 1 保证前向进展，避免了先前系统中出现的网络停滞问题。
• Cobalt 通过 DRBC 可靠性与 MVBA 终止性的结合，确保线性一致性与一致性，即使节点部分隔离亦成立。
• 协议满足全知性属性，使节点能够检测到共识即将达成，从而避免不必要的等待。
• Cobalt 的民主原子广播机制确保仅获得足够多诚实节点支持的输入才会被批准，防止审查。
• 协议在开放网络模型下被证明是安全且活性的，所有安全性和活性属性均在论文的定理与引理中得到形式化验证。