معرفی Erdstall: مقیاس گذاری اتریوم با استفاده از محیط های اجرا قابل اعتماد

ما یک فناوری مقیاس بندی جدید به نام Erdstall را شرح می دهیم. این ایده از یک جهت تحقیق اخیر پیروی می کند که ایده ساخت سیستم پلاسما را با استفاده از یک محیط اجرای قابل اعتماد (TEE) بررسی می کند. Erdstall که یکی از فینالیست های برنده Ethglobal Hackathon بود ، اجرای این فناوری است و هم اکنون توسط تیم Perun ساخته شده است.

همانطور که در پست های قبلی وبلاگ مورد بحث قرار گرفت ، blockchains - و به ویژه اتریوم - خیلی خوب مقیاس نکنید و از افزایش نتیجه معاملات معامله و تأخیرهای تأیید رنج می برند. راه حل های متعدد برای این موضوع ارائه شده است. امیدوار کننده ترین دستورالعمل ها به اصطلاح راه حل های لایه 2 هستند که بار معامله را خارج از زنجیره بلند می کنند. در این سیستم ها ، کاربران فقط معاملات گران قیمت در زنجیره ای را برای پیوستن و ترک سیستم و در صورت بروز اختلافات ارسال می کنند. تمام اقدامات دیگر ، مانند انتقال سکه ها ، نشانه ها یا حتی ارزیابی قراردادهای هوشمند ، بدون دست زدن به blockchain در بدون هزینه یا به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. یک ساختمان اصلی این سیستم ها یک قرارداد هوشمند است که وجوهی را که از زنجیره ای پردازش می شوند ، نگه می دارد. این قرارداد کلیه قوانین را در مورد چگونگی برداشت کاربران هنگام خروج از سیستم تعریف می کند.

در میان محلول های مقیاس بندی لایه 2 به اصطلاح پروتکل های پلاسما هستند. ایده اصلی پلاسما این است که یک اپراتور مرکزی کلیه معاملات را از کاربران جمع می کند و آنها را بصورت محلی خارج از زنجیره پردازش می کند. با این حال ، به اپراتور اعتماد ندارد ، به این معنی که او می تواند به اشتباه دولت را تغییر دهد ، به عنوان مثال ، با سرقت یا انجماد سکه های کاربران. برای جلوگیری از این نوع حملات ، کاربران تأیید می کنند که آیا انتقال دولت اپراتور معتبر است یا خیر. اپراتور خلاصه ای از کلیه معاملات را به قرارداد پلاسما ، اغلب به صورت تعهد درخت مرکل ارسال می کند. این خلاصه اندازه هش دارد و بسیار کوچکتر و در نتیجه ارزان تر از آن است که تمام معاملات ذخیره شده و در زنجیره پردازش شوند. با استفاده از این بیانیه ، صحت سیستم پلاسما می تواند با استفاده از اثبات آگاهی صفر یا توسط کاربران در پروتکل های پیچیده پاسخ ، توسط قرارداد تأیید شود. مزیت پلاسما بیش از کانال ها ، این است که نیازی به کاربران واسطه ای برای قفل کردن پول اضافی ندارد ، که برای هزینه های وثیقه استفاده می شود. در حالی که کاربران صادق همیشه این ضمانت را دارند که وثیقه را پس می گیرند ، اما هنوز هم هزینه های استفاده از شبکه های کانال پرداخت را بر روی سیستم هایی مانند پلاسما افزایش می دهد.

با این حال ، طراحی یک سیستم پلاسما ایمن غیر مهم است و بسیاری از پیشنهادات هرگز به بلوغ نرسیده اند. از جمله چالش هایی که سیستم های پلاسما با آن روبرو هستند ، پشتیبانی از خروج انبوه - تعداد زیادی از اختلافات موازی - و اطمینان از در دسترس بودن داده ها به گونه ای است که کاربران اطلاعات کافی در مورد سیستم پلاسما برای بحث صحیح دارند. به جای هدف قرار دادن این چالش ها ، رویکرد ERDSTALL با تغییر تنظیمات اپراتور پلاسما ، ساخت و ساز پلاسما را ساده می کند. این ساده سازی سطح بالاتری از امنیت را نشان می دهد و به ما امکان می دهد تا یک ساخت و ساز کارآمدتر پلاسما بسازیم زیرا برخی از بردارهای حمله سازه های قبلی را از بین می برد.

erdstall: پلاسما با Tees

ایده اصلی این است که اپراتورها وضعیت پلاسما را به خودی خود به روز نمی کنند بلکه یک سیستم قابل اعتماد را اجرا می کنند که معاملات کاربر را پردازش می کند. این سیستم قابل اعتماد یک محاصره ایمن در داخل یک محیط به اصطلاح اعدام قابل اعتماد (TEE) است ، به عنوان مثال ، SGX Intel که امروزه در اکثر CPU های مدرن گنجانده شده است. Tees ویژگی های جالب زیر را دارد که به ما امکان ساده سازی پروتکل پلاسما را می دهد:

1. اجرای امن کد. این دستگاه در برابر نفوذ بیرونی سخت شده است ، به این معنی که اپراتورها - و تمام سیستمهایی که کنترل می کنند - نمی توانند نتیجه محاسبه TEE را تغییر دهند. این ویژگی ضروری است زیرا تضمین می کند که TEE وضعیت پلاسما را به درستی به روز می کند
2. حالت خصوصیتمام محاسبات و حالت موجود در TEE از اپراتور پنهان نگه داشته می شود مگر اینکه صریحاً مشخص شده باشد. این بدان معناست که TEE می تواند با کلیدهای رمزنگاری که تأیید می کند وجوه پلاسما را به صورت زنجیره ای تأیید می کند ، بدون اینکه اپراتور کلید را یاد بگیرد ، تولید ، ذخیره و امضا کند.
3. تأییدسومین ویژگی مهم Tees این است که کاربران می توانند تأیید کنند که سکه های خود را به یک سیستم پلاسما ارسال می کنند که در داخل یک TEE در حال اجرا است. علاوه بر این ، آنها اطمینان حاصل می شود که TEE در حال پردازش معاملات خود با استفاده از یک برنامه خاص پلاسما است که فقط به روزرسانی های معتبر وضعیت پلاسما را انجام می دهد. به طور خاص ، تأیید تضمین می کند که اپراتور نمی تواند یک حمله به وسط را انجام دهد و ورودی های کاربر را تغییر دهد.

با استفاده از این ویژگی ها می توانیم عملکرد سیستم پلاسما را به میزان قابل توجهی افزایش دهیم. اپراتور فقط به یک کارگزار پیام غیرقابل اعتماد تبدیل می شود در حالی که TEE تمام معاملات موجود در سیستم را پردازش می کند. توجه داشته باشید که با استفاده از TEE ، ما اکنون این ضمانت را داریم که حالت پلاسما همیشه به درستی به روز می شود. این بدان معنی است که ما نیازی به خلاصه حالت زنجیره ای نداریم ، که به میزان قابل توجهی هزینه های سیستم را کاهش می دهد.

با این حال ، اپراتور هنوز غیرقابل اعتماد است. این بدان معناست که او هنوز هم می تواند کنترل کند که ورودی ها به TEE می رسد و کدام به روزرسانی های حالت را به کاربران ارسال می کند. برای پاسخگویی به حملات احتمالی از این نوع ، ما هنوز هم در صورت شروع به نگه داشتن اطلاعات از کاربران ، باید به اپراتورها مجازات کنیم. برای این منظور ، ما در صورت عدم نگهداری از داده ها به یک فرآیند اختلاف نظر در مورد زنجیره ای نیاز داریم.

erdstall با جزئیات بیشتر

تنظیم برای ERDstall مشابه پروتکل های پلاسما موجود است. تمام وجوهی که توسط سیستم خارج از زنجیره اداره می شوند در یک قرارداد هوشمند در زنجیره ای قفل شده اند. برای پیوستن به سیستم ، کاربران وجوه خود را به این قرارداد واریز می کنند. وجوه قرارداد با استفاده از کلید امضای رمزنگاری شده توسط برنامه ERDstall که در داخل TEE کنترل می شود ، باز می شود. در فواصل منظم ، کاربران به روزرسانی های امضا شده-به اصطلاح اثبات تعادل-که کاربر می تواند از آن استفاده کند اگر بخواهد سیستم را ترک کند ، استفاده می کنند.

وجوه قفل شده در قرارداد هوشمند Erdstall فقط از دو طریق قابل باز کردن است. یا در هنگام خروج عادی با اثبات تعادل دوره فعلی ، که توسط TEE امضا شده است یا هنگامی که سیستم پس از اینکه اپراتور گرفتار شد ، یخ زده می شود. در این حالت ، کاربران وجوه خود را با استفاده از اثبات تعادل پیش فرض ، یعنی دوره ای بدون چالش ، پس می گیرند. با این حال ، اپراتور نمی تواند از چنین رفتاری بهره مند شود و انگیزه می شود که هرگز اجازه ندهد این اتفاق بیفتد. مجازات های اضافی را می توان در سیستم ایجاد کرد تا رفتار صحیح را حتی بیشتر تحریک کند.

مشابه با تمام راه حل های پلاسما ، Erdstall در به اصطلاح دوره ها پیش می رود. در داخل یک دوره ، ما بین سه مرحله تمایز قائل می شویم. اول ، مرحله سپرده ، که در آن کاربران قرارداد پلاسما را تأمین می کنند. سپس مرحله بروزرسانی را دنبال می کند ، که در آن کاربران می توانند معاملات را به یکدیگر ارسال کنند. و در آخر ، مرحله خروج ، که در آن کاربران می توانند با ارسال آخرین اثبات تعادل خود به قرارداد هوشمند برای خروج ، از سیستم خارج شوند. پس از تماس با خروج ، کاربران می توانند تعادل خود را در قرارداد هوشمند ERDSTALL باز کنند و این وجوه را پس از مرحله خروج پس بگیرند. توجه داشته باشید که فقط سپرده و خروج به معاملات گران قیمت در زنجیره ای نیاز دارند در حالی که کلیه اقدامات در مرحله معامله رایگان است.

در پایان مرحله معامله ، یک کاربر بیانیه ای به روز شده و امضا شده از وضعیت خود (اثبات تعادل) دریافت می کند. اگر چنین بیانیه ای تا پایان مرحله دریافت نشده باشد ، یا Tee کار را متوقف کرد ، یا اپراتور تصمیم گرفت که بیانیه را به کاربر ارسال نکند. از آنجا که کاربران برای بازگرداندن وجوه خود به این بیانیه نیاز دارند ، باید با ارسال یک چالش برای اپراتور در blockchain در مرحله خروج زیر ، از تعادل درخواست کنند. اکنون اپراتور باید با بیانیه صحیح به هر چالش پاسخ دهد یا در غیر این صورت قرارداد (و سیستم ERDSTALL) یخ زده می شود. در صورت وقوع این اتفاق ، همه کاربران می توانند بودجه مورد نظر خود را در مرحله قبلی بازیابی کنند و اپراتور مجازات شود. این مجازات برای ایجاد انگیزه ای برای اپراتور برای رفتار صادقانه و نگه داشتن سیستم استفاده می شود.

بیشتر کاربرانی که به سیستم پیوسته اند نمی خواهند فوراً از آن خارج شوند بلکه در عوض همچنان به استفاده از بودجه خود در خارج از زنجیره ادامه می دهند. این بدان معناست که فقط مرحله معامله برای آنها جالب است و آنها نیازی به مرحله سپرده و خروج ندارند. برای عملکرد بهتر ، دوره ها به گونه ای لوله کشی می شوند که تمام این مراحل به صورت موازی اجرا می شوند.

در هکاتون Ethglobal در سال 2020 ، تیم Perun اجرای اثبات مفهوم Erdstall را نشان داد. معیارهای اول نشان می دهد که این سیستم می تواند حداکثر 2000 معاملات در ثانیه را پشتیبانی کند و آن را بیش از صد برابر سریعتر از پلتفرم فعلی اتریوم انجام می دهد.

به طور خلاصه ، ERDstall تنظیم پلاسما را ساده می کند و تعامل با blockchain را به حداقل می رساند. این امر باعث می شود Erdstall کارآمدتر شود و هزینه های زنجیره ای را برای اجرای سیستم کاهش می دهد. اکنون ما در حال بهبود کد ERDSTALL و تهیه نسخه ای در TestNets Görli و Rinkeby هستیم. در حالی که پیشنهاد فعلی فقط پردازش زنجیره ای معاملات را در نظر می گیرد ، ما همچنین در حال کار بر روی گسترش سیستم برای اجازه دادن به دستورالعمل های EVM هستیم و ارزیابی خارج از زنجیره قراردادهای هوشمند را امکان پذیر می کند. در دراز مدت ، ما با گسترش وظیفه حفظ سیستم در چندین اپراتور که به طور مشترک حالت ERDSTALL را به روز می کنند ، در حال بررسی گزینه های مقیاس بندی افقی هستیم. این به ما امکان می دهد سیستم را حتی بیشتر مقیاس کنیم.