区块链协议安全性分析的一般框架

区块链协议在基本方式上存在差异，包括选择用户产生区块的机制（例如工作量证明与权益证明）以及建立共识的方法（例如最长链规则与受拜占庭容错（BFT）启发的协议）。这些根本差异阻碍了不同类别区块链协议之间的“同类”比较，进而阻碍了形式化讨论其相对优点的理论发展。本文提出了一种简洁的抽象，足以捕获并比较许多知名无许可区块链协议的性质，同时捕获工作量证明（PoW）与权益证明（PoS）协议以及最长链类型与 BFT 类型协议的本质属性。我们的框架将用户选择过程的精确机制黑盒化，使我们能够隔离对协议设计重要的选择过程属性。我们通过若干具体结果展示了通用框架的效用：1. 我们证明了一个 CAP 类型的不可能性定理，断言在未知参与水平下的活性排除了部分同步设置中的安全性。2. 深入部分同步设置，我们证明安全性的充要条件是产生“证书”，即区块确认的独立证明。3. 限制于同步设置，我们证明具有已知参与水平的典型协议（包括最长链类型 PoS 协议）可被改造以提供证书，而那些具有未知参与水平的协议则不能。4. 最后，我们利用框架阐明了一种模块化的两步区块链安全性分析方法，该方法将无许可情形有效归约为许可情形。