拜占庭对诚实模型下 Filecoin 预期共识的安全性分析

Filecoin 是按存储容量（>11EiB）和市值计算最大的基于存储的开源区块链。本文首次对 Filecoin 的共识（排序）协议——预期共识（Expected Consensus, EC）进行形式化安全性分析。具体而言，我们证明 EC 对于控制总存储比例 $\beta$ 的任意敌手是安全的，条件为 $\beta m< 1- e^{-(1-\beta)m}$，其中 $m$ 为每轮期望出块数参数，当前 Filecoin 中 $m=5$。随后我们提出一种攻击——$n$-split 攻击，敌手将诚实矿工分割于多条链上，并证明该攻击在 $\beta m \ge 1- e^{-(1-\beta)m}$ 时成功，从而证明 $\beta m= 1- e^{-(1-\beta)m}$ 是 EC 的紧安全性阈值。这大致对应于控制链上总存储 20% 的敌手。最后，我们提出两项提升 EC 安全性的改进，可提高该阈值。其中一项修复正作为 Filecoin 改进提案（FIP）实施。