[论文解读] Delegated Proof of Reputation: a novel Blockchain consensus

Thuat Do, Thao Nguyen+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 2019

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 4被引用 5

一句话总结

本文提出了一种名为委托声誉证明（Delegated Proof of Reputation, DPoR）的新型区块链共识机制，该机制使用基于PageRank、NCDawareRank和HodgeRank的声誉排名系统，取代委托权益证明（Delegated Proof of Stake）中的代币质押机制。该方法在保持可接受去中心化水平的同时，通过基于网络交互行为的声誉指标激励诚实行为，从而提升可扩展性和安全性。

ABSTRACT

Consensus mechanism is the heart of any blockchain network. Many projects have proposed alternative protocols to improve restricted scalability of Proof of Work originated since Bitcoin. As an improvement of Delegated Proof of Stake, in this paper, we introduce a novel consensus, namely, Delegated Proof of Reputation, which is scalable, secure with an acceptable decentralization. Our innovative idea is replacing pure coinstaking by a reputation ranking system essentially based on ranking theories (PageRank, NCDawareRank and HodgeRank).

研究动机与目标

• 解决传统区块链共识机制（如工作量证明和委托权益证明）在可扩展性和安全性方面的局限性。
• 减少在共识参与中对经济权益（代币质押）的依赖，降低因富人集中持股而引发的中心化风险。
• 设计一种基于声誉的系统，通过行为一致性激励诚实行为，提升网络信任，且无需高昂的计算或财务成本。
• 评估将排名理论（PageRank、NCDawareRank、HodgeRank）整合到区块链共识中以实现动态声誉评分的可行性。
• 在许可和非许可区块链环境中，实现去中心化、安全性和性能之间的平衡。

提出的方法

• 共识机制采用基于图论的排名算法（包括PageRank、NCDawareRank和HodgeRank）生成的声誉排名系统，以评估参与者的可信度。
• 参与者根据其历史交互记录和网络行为获得声誉评分，而非仅依赖代币持有量。
• 委托人根据声誉评分而非代币持有量被选举，从而降低财富集中对治理的影响。
• 系统通过交易验证和共识参与的反馈动态更新声誉评分。
• 声誉通过加权有向图计算，其中边代表信任关系或已验证的交互。
• 该模型整合多种排名理论，以提升声誉计算的鲁棒性并降低操纵风险。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于声誉的共识机制是否能在保持安全性和去中心化的同时，取代委托权益证明中的代币质押？
• RQ2 在区块链声誉评分中应用成熟排名算法（PageRank、NCDawareRank、HodgeRank）的表现如何？
• RQ3 基于声誉的委托机制对网络可扩展性和抵御Sybil攻击的能力有何影响？
• RQ4 该系统如何确保声誉分配的公平性并防止操纵？
• RQ5 与基于权益的模型相比，基于声誉的共识在多大程度上能维持去中心化？

主要发现

• 所提出的委托声誉证明（DPoR）机制通过消除能源密集型的挖矿过程，在可扩展性方面优于工作量证明（Proof of Work）。
• 通过用基于声誉的投票取代代币质押，DPoR降低了与基于权益系统中财富集中相关的中心化风险。
• 整合多种排名理论（PageRank、NCDawareRank、HodgeRank）增强了动态网络中声誉计算的鲁棒性和公平性。
• 仿真结果表明，由于伪造可信交互历史的难度较高，DPoR对Sybil攻击具有较强的抵抗能力。
• 该系统表现出可接受的去中心化水平，因为声誉并非仅由经济实力决定，而是基于行为一致性与网络信任。
• 基于声誉的模型在区块验证方面实现了更快的最终确定性和更低的延迟，优于传统的PoS和PoW协议。