[论文解读] Permissionless and Asynchronous Asset Transfer

Petr Kuznetsov, Yvonne-Anne Pignolet+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2021

Distributed systems and fault tolerance参考文献 22被引用 1

一句话总结

本文提出 Pastro，一种无需许可且异步的资产转移协议，用加权权益证明机制替代传统的法定人数系统，实现高效、无需共识的资产转移，并能抵御动态敌手的攻击。该系统通过配置和前向安全签名，确保在任何活跃配置中，持有少于三分之一股份的参与者被自适应攻破时，仍能保持一致性和安全性。

ABSTRACT

Most modern asset transfer systems use consensus to maintain a totally ordered chain of transactions. It was recently shown that consensus is not always necessary for implementing asset transfer. More efficient, asynchronous solutions can be built using reliable broadcast instead of consensus. This approach has been originally used in the closed (permissioned) setting. In this paper, we extend it to the open (permissionless) environment. We present Pastro, a permissionless and asynchronous asset-transfer implementation, in which quorum systems, traditionally used in reliable broadcast, are replaced with a weighted Proof-of-Stake mechanism. Pastro tolerates a dynamic adversary that is able to adaptively corrupt participants based on the assets owned by them.

研究动机与目标

• 设计一种无需许可的资产转移系统，避免共识机制及其带来的性能和能耗成本。
• 通过用基于股份权重的验证机制替代静态法定人数，解决开放网络中 Sybil 攻击的挑战。
• 在敌手基于当前股份动态攻破参与者的前提下，确保安全性和一致性。
• 在不依赖同步假设、随机化或可信设置的前提下，维持系统活性和安全性。
• 通过基于配置的冲突解决机制和前向安全签名，实现高效、可扩展的资产转移。

提出的方法

• 用基于股份权重的证书替代传统的法定人数系统，其中验证者为持有足够股份的参与者。
• 引入“配置”概念——一种部分有序的交易集合，用于定义活跃参与者及其股份分配。
• 使用格一致性协议（lattice agreement）来协调不同参与者之间对配置视图的分歧。
• 使用前向安全数字签名，防止旧配置欺骗响应缓慢或延迟的参与者。
• 通过费用机制和通胀机制实现交易验证，防止垃圾信息泛滥并维持系统活力。
• 实施单向密钥更新机制，要求验证者在配置变更后升级私钥，以确保前向安全性。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以在无需许可、异步的系统中，不依赖共识或可信设置，安全地实现资产转移？
• RQ2 在敌手可控制大量身份的 Sybil 易受攻击环境中，如何实现基于法定人数的可靠性？
• RQ3 当敌手根据参与者当前股份动态攻破其时，应采用何种机制确保一致性和安全性？
• RQ4 如何安全地退役旧配置，以防止对延迟参与者的重放攻击？
• RQ5 何种经济激励机制可在保持少量高效验证者的同时，确保系统的韧性？

主要发现

• Pastro 在无需许可、异步环境中实现了安全高效的资产转移，避免了共识机制，显著降低了能耗和延迟成本。
• 该协议对控制任何活跃候选配置中少于三分之一股份的动态敌手具有安全性保障。
• 前向安全签名支持安全的密钥更新，并防止旧配置被用于欺骗响应缓慢的参与者。
• 通过使用配置和格一致性协议，即使在异步环境和部分视图下，参与者也能收敛到一致的系统状态视图。
• 该协议支持实用机制，如交易费用和通胀机制，以防止垃圾信息泛滥并维持系统的可持续性。