[论文解读] LazyLedger: A Distributed Data Availability Ledger With Client-Side Smart Contracts

Mustafa Al-Bassam|arXiv (Cornell University)|May 22, 2019

Blockchain Technology Applications and Security被引用 8

一句话总结

LazyLedger 提出了一种区块链设计，通过将共识与交易验证解耦，仅将区块链用于排序和确保数据可用性。它通过概率性数据可用性验证实现客户端执行应用逻辑，减少节点资源使用，并允许多个应用在同一链上共存，跨应用开销极低。

ABSTRACT

We propose LazyLedger, a design for distributed ledgers where the blockchain is optimised for solely ordering and guaranteeing the availability of transaction data. Responsibility for executing and validating transactions is shifted to only the clients that have an interest in specific transactions relating to blockchain applications that they use. As the core function of the consensus system of a distributed ledger is to order transactions and ensure their availability, consensus participants do not necessarily need to be concerned with the contents of those transactions. This reduces the problem of block verification to data availability verification, which can be achieved probabilistically with sub-linear complexity, without downloading the whole block. The amount of resources required to reach consensus can thus be minimised, as transaction validity rules can be decoupled from consensus rules. We also implement and evaluate several example LazyLedger applications, and validate that the workload of clients of specific applications does not significantly increase when the workload of other applications that use the same chain increase.

研究动机与目标

• 为解决区块链可扩展性问题，将共识与交易验证解耦，减轻全节点负担。
• 使终端用户能够独立验证和执行特定应用逻辑，无需共识节点处理所有交易。
• 设计一种区块链，使区块验证简化为数据可用性验证，通过概率采样实现亚线性复杂度。
• 在单一链上支持多个独立应用，且应用间性能影响极小。
• 探索一种新的区块链范式，其中应用逻辑不由链上强制执行，避免因逻辑变更而进行硬分叉。

提出的方法

• 设计一种区块链，共识节点仅通过两条区块有效性规则验证数据可用性：完整下载规则和概率采样规则。
• 使用命名空间 Merkle 树按应用组织交易，使客户端能够高效查询并仅验证相关数据。
• 实现客户端执行应用逻辑，仅相关客户端处理并验证其特定应用的交易。
• 应用概率性数据可用性验证，使共识节点在不下载整个区块的情况下验证区块可用性。
• 构建一个包含示例应用（如货币、名称注册、请愿）的原型，以评估性能与可扩展性。
• 测量不同应用工作负载下客户端的工作负载和数据下载开销，以验证隔离特性。

实验结果

研究问题

• RQ1 共识能否与交易验证解耦，同时保持安全性和可用性保证？
• RQ2 通过概率采样，数据可用性验证在多大程度上可实现亚线性复杂度？
• RQ3 当同一链上其他应用负载较高时，某一应用客户端的工作负载如何扩展？
• RQ4 应用逻辑能否完全由客户端离链执行，而无需链上共识或硬分叉？
• RQ5 与传统全节点验证相比，客户端验证在共享区块链环境中的性能开销如何？

主要发现

• LazyLedger 将区块验证简化为数据可用性验证，通过概率采样实现亚线性复杂度，无需下载整个区块。
• 即使同一链上其他应用事务量很高，某一应用的客户端性能下降可忽略不计。
• 应用证明大小和状态存储保持较小，且独立于无关应用活动，证明了工作负载隔离。
• 使用 15 次采样进行概率性数据可用性验证，可实现强可用性保证，同时显著降低客户端下载需求。
• 客户端可独立升级应用逻辑，无需共识层变更或硬分叉，实现应用状态主权。
• 原型表明，客户端执行和选择性数据访问在实践中可行且高效，对单个应用的开销极低。