分而扩展:鲁棒分片的形式化与路线图
分布式、并行与集群计算
2023-05-23 v6
摘要
对分布式账本进行分片是一种有前景的链上区块链扩展方案,但缺乏形式化基础,致使人们对如此复杂的系统能否安全扩展区块链持怀疑态度。我们填补了这一空白,引入了首个形式化框架以及通往鲁棒分片的路线图。具体而言,我们首先定义分片分布式账本应满足的性质。我们在比特币骨干协议基础上进行构建和扩展,定义了一致性和可扩展性。一致性包含跨分片交易原子执行以保全安全性的需求,而可扩展性则概括了分片系统相较非分片系统可获得的加速比。利用我们的模型,我们探究了分片的局限性。我们证明,在完全自适应敌手下,具有 个参与者的分片账本无法扩展,但在 epoch 自适应敌手下可扩展至 个分片,其中 ;常数 囊括了安全性与可扩展性之间的权衡。这只有在分片账本在每个 epoch 生成有效状态更新的简洁证明时才有可能。我们利用所得结果确定了鲁棒分片的充分组件,并将其纳入称为 Divide & Scale 的协议抽象中。为展示我们框架的威力,我们分析了最知名的分片区块链(Elastico、Monoxide、OmniLedger、RapidChain)并指出了它们在何处未能满足所需性质。
引用
@article{arxiv.1910.10434,
title = {Divide and Scale: Formalization and Roadmap to Robust Sharding},
author = {Georgia Avarikioti and Antoine Desjardins and Eleftherios Kokoris-Kogias and Roger Wattenhofer},
journal= {arXiv preprint arXiv:1910.10434},
year = {2023}
}