带宽约束下的最长链共识

垃圾信息攻击是共识协议面临的一个严重问题，近期主流区块链Solana的中断事件就证明了这一点。由于实际网络的带宽约束，这些攻击会导致网络拥塞和过度的消息延迟。相比之下，最长链（LC）作为一类重要的共识协议，此前仅在理想化的网络模型下被证明是安全的，该模型假设所有消息都在有界延迟内送达。对于权益证明（PoS）最长链协议，这种模型与现实的不匹配更加严重，因为攻击者可以用模棱两可的区块向网络发送垃圾信息。因此，我们扩展了网络模型以捕捉带宽约束，在此约束下，节点需要谨慎选择将有限的下载预算用于哪些区块。为了说明这一点，我们证明了“沿最长头部链下载”这一工作量证明（PoW）最长链协议的自然下载规则，对于PoS最长链协议是不安全的。我们提出了一条简单的规则“向最新区块下载”，形式化了“不下载模棱两可区块”和“区块列入黑名单”这两种常见启发式方法，并在一个统一框架内证明了，在带宽受限的网络中，采用上述任一下载规则的PoS最长链协议是安全的。在实验中，我们验证了我们的主张，并展示了这些下载规则在攻击下的行为。通过将多个PoS最长链协议实例与合适的下载规则并行组合，我们获得了一个PoS共识协议，即使在最坏情况的对抗策略下，也能达到网络吞吐量极限的一个恒定比例。