[论文解读] Feasibility of Proof of Authority as a Consensus Protocol Model

Shashank Joshi|arXiv (Cornell University)|Aug 30, 2021

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 5被引用 35

一句话总结

本文分析了 PoA（Proof of Authority）作为共识模型的可行性，比较了 PoW 和 PoS，并讨论了 PoA 在私有/许可区块链中的优点、局限性及适用场景。

ABSTRACT

Blockchain is a type of decentralized distributed network which acts as an immutable digital ledger. Despite the absence of any central governing authority to validate the blocks in the ledger, it is considered secure and immutable due to the consensus protocol among various nodes of the network. A consensus algorithm is a mechanism that guarantees the reliability of the blockchain and helps all connected nodes or peers to reach common ground regarding the present state of the blockchain network thus an ideal consensus algorithm must be secure, reliable, and fast. There are several different algorithms to reach a consensus among the nodes thus this article seeks to test the practicality of Proof of Authority in the blockchain network as a consensus algorithm and its comparison with current mainstream consensus algorithms.

研究动机与目标

• 出于可扩展性和效率方面的考虑，推动将 PoA 作为 PoW 和 PoS 的替代方案进行探索。
• 考察 PoA 的核心原理与架构，包括基于声誉的验证和 sealers。
• 将 PoA 与 PoW、PoS 进行比较，以揭示去中心化、吞吐量和安全性之间的权衡。
• 确定 PoA 的合适应用场景（私有/许可区块链、基于公证的应用）。

提出的方法

• 将 PoA 机制描述为一个有固定验证者集合（称为 sealers）的许可型共识。
• 讨论声誉、活跃度、容错、单调性、可见性以及选择过程如何影响 PoA 的安全性和运行。
• 提供与 PoW 和 PoS 的定性比较，重点在吞吐量、可扩展性和资源使用。
• 概述预期的安全含义，如拜占庭容错以及潜在攻击（Sybil、克隆）。

实验结果

研究问题

• RQ1 什么是 Proof of Authority，它如何作为共识协议运行？
• RQ2 在吞吐量、可扩展性和资源使用方面，PoA 与 PoW、PoS 的比较？
• RQ3 不同区块链环境下 PoA 的主要优点和局限性是什么？
• RQ4 PoA 最适合用于哪些应用或网络模型（例如私有或许可区块链、基于公证的应用）？

主要发现

• PoA 是基于声誉的、许可型共识，拥有有限的验证者集合（seal ers）。
• PoA 相较于 PoW 和 PoS 提供更高的吞吐量和可扩展性，同时资源消耗更低。
• PoA 可以维持稳定的交易费用，且非常适合 DApps 和私有网络。
• PoA 在去中心化方面有所妥协，并引入身份可见性和潜在的审查风险。
• PoA 易受到 Sybil 和克隆攻击，且依赖强健的声誉机制。
• PoA 的安全性取决于活跃性、容错、单调性以及透明的 sealer 选择。