[论文解读] Witnet: A Decentralized Oracle Network Protocol

Adán Sánchez de Pedro Crespo, Daniele Levi+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2017

Cryptography and Data Security参考文献 24被引用 37

一句话总结

Witnet 提出了一种去中心化预言机网络（DON），通过一种新颖的‘检索-证明-交付’（RAD）协议，使智能合约能够无信任地、可验证地获取外部数据。该协议结合了基于声誉的见证者选择、分片任务分发以及基于区块链的激励机制，确保了数据完整性、可扩展性，并抵御女巫攻击和幽灵攻击，为构建抗审查的数字知识档案奠定了基础。

ABSTRACT

Witnet is a decentralized oracle network (DON) that connects smart contracts to the outer world. Generally speaking, it allows any piece of software to retrieve the contents published at any web address at a certain point in time, with complete and verifiable proof of its integrity and without blindly trusting any third party. Witnet runs on a blockchain with a native protocol token (called Wit), which miners-called witnesses-earn by retrieving, attesting and delivering web contents for clients. On the other hand, clients spend Wit to pay witnesses for their Retrieve-Attest-Deliver (RAD) work. Witnesses also compete to mine blocks with considerable rewards, but Witnet mining power is proportional to their previous performance in terms of honesty and trustworthiness-this is, their reputation as witnesses. This creates a powerful incentive for witnesses to do their work honestly, protect their reputation and not to deceive the network. The Witnet protocol is designed to assign the RAD tasks to witnesses in a way that mitigates most attack vectors to the greatest extent. At the same time, it includes a novel 'sharding' feature that (1) guarantees the efficiency and scalability of the network, (2) keeps the price of RAD tasks within reasonable bounds and (3) gives clients the freedom to adjust certainty and price by letting them choose how many witnesses will work on their RAD tasks. When coupled with a Decentralized Storage Network (DSN), Witnet also gives us the possibility to build the Digital Knowledge Ark: a decentralized, immutable, censorship-resistant and eternal archive of humanity's most relevant digital data. A truth vault aimed to ensure that knowledge will remain democratic and verifiable forever and to prevent history from being written by the victors.

研究动机与目标

• 通过启用可验证的去中心化预言机服务，解决智能合约访问外部数据时的信任问题。
• 设计一种可扩展且安全的去中心化数据检索架构，防止操纵和女巫攻击。
• 构建一种声誉系统，使见证者的激励与诚实行为及网络长期完整性保持一致。
• 通过与去中心化存储网络（DSN）集成，实现人类知识永久、不可篡改的数字档案。
• 形式化一种协议，使客户端可通过选择每项任务的见证者数量，调节确定性与成本。

提出的方法

• 该系统采用三阶段的RAD（检索-证明-交付）协议：客户端提交数据检索请求，见证者检索并证明数据，结果交付给客户端。
• 见证者基于声誉选择，声誉通过一种衰减函数计算，随时间推移而衰减，并对不诚实行为进行惩罚。
• 协议采用分片机制，将RAD任务分发至多个见证者，提升可扩展性，并使客户端能够调节可靠性与成本。
• 基于声誉的挖矿协议确保挖矿算力与历史表现成正比，激励诚实行为并抑制合谋。
• 系统通过‘桥接’机制与外部平台集成，包括以太坊、DSN和Web API，实现跨链数据流动。
• 智能合约与基于MAST的脚本支持复杂逻辑和条件执行，包括契约和捆绑宏，实现安全的交易模式。

实验结果

研究问题

• RQ1 去中心化预言机网络如何在不依赖可信第三方的情况下，确保智能合约所获取的外部数据的完整性和可验证性？
• RQ2 哪些机制可用于在维持安全性的前提下扩展去中心化预言机网络，并最小化女巫攻击和幽灵攻击等攻击面？
• RQ3 如何设计一种声誉系统，使其能动态反映见证者的可靠性，并随时间防止被操纵？
• RQ4 去中心化数据检索中，成本、确定性与性能之间的最优权衡是什么？客户端如何控制这一权衡？
• RQ5 如何将去中心化存储网络与预言机集成，以实现数字知识的永久、抗审查归档？

主要发现

• Witnet协议可从任意网页地址实现可验证的无信任数据获取，并提供完整的加密证明，确保数据的完整性和可用性。
• 基于声誉的见证者选择机制确保挖矿算力与任务分配与历史诚实行为成正比，显著降低合谋风险。
• RAD任务的分片机制使客户端可调节每项请求的见证者数量，实现成本与可靠性的可调和权衡。
• 该系统设计支持与去中心化存储网络（DSN）的集成，支持创建永久、不可篡改的数字知识档案。
• 协议中包含一种声誉衰减函数，使声誉随时间自然衰减，防止长期声誉囤积，鼓励持续参与。
• 在交易脚本中使用MAST和契约，支持高级、安全的智能合约模式，包括条件执行和输出锁定。