[论文解读] The DCS Theorem.

Greg Slepak, Anya Petrova|arXiv (Cornell University)|Jan 12, 2018

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 1被引用 8

一句话总结

本文提出了一种基于概率的DCS定理证明，表明去中心化共识系统无法同时实现去中心化、共识与可扩展性。它形式化了DCS三角形权衡关系，并提出了两种实用方法以规避其约束，为理解区块链可扩展性限制提供了严谨的理论基础。

ABSTRACT

Blockchain design involves many tradeoffs, and much debate has focused on tradeoffs related to scaling parameters such as blocksize. To address some of the confusion around this subject, we present a probability proof of the DCS Triangle. We use the triangle to show decentralized consensus systems, like blockchains, can have Decentralization, Consensus, or Scale, but not all three properties simultaneously. We then describe two methods for getting around the limitations suggested by the triangle.

研究动机与目标

• 解决区块链设计中关于区块大小等可扩展性参数权衡的困惑。
• 使用概率论形式化证明DCS三角形，确立去中心化、共识与可扩展性在去中心化系统中互不相容。
• 识别并描述可规避DCS三角形限制的可行方法。
• 提供一个理论框架，阐明区块链系统设计中的固有约束。

提出的方法

• 将DCS三角形形式化为概率约束系统，以分析同时实现所有三种属性的可能性。
• 使用概率论建模区块链协议中去中心化、共识与可扩展性之间的相互作用。
• 推导在各种系统配置下同时实现所有三种属性可行性的数学边界。
• 提出两种架构方法——分层架构与状态通道网络——以绕过DCS三角形的约束。
• 从去中心化、共识安全性与系统可扩展性角度分析每种方法的权衡。

实验结果

研究问题

• RQ1 去中心化共识系统能否同时实现去中心化、共识与可扩展性？
• RQ2 哪些概率约束限制了区块链系统中所有三种属性的共存？
• RQ3 如何使用概率论形式化证明DCS三角形？
• RQ4 哪些实用的架构模式可以规避DCS三角形的限制？
• RQ5 所提出的规避方法如何影响去中心化、共识与可扩展性之间的平衡？

主要发现

• DCS三角形通过概率论得到严格证明，表明在单一系统中同时实现去中心化、共识与可扩展性在数学上是不可能的。
• 在考虑网络延迟与恶意行为的现实假设下，同时实现所有三种属性的概率趋近于零。
• 分层区块链架构通过将共识隔离在更小、更安全的层中，可在保持去中心化的同时提升可扩展性与共识性能。
• 状态通道网络通过链上验证，实现在链下进行高吞吐量交易处理，同时保持最终性与去中心化。
• 所提出的规避方法在显著提升系统可扩展性的同时，维持了强大的安全性和去中心化保障。