含有权益的工作量证明共识机制中的惩罚思路 — 从近期ETC（以太经典）遭遇51%攻击说起

Posted on by QuarkChain
在发表了上一篇文章(点击阅读)后有人问我们，含有权益的工作量证明（POSW）如何能够帮助ETC（以太经典）等项目避免51%攻击（前提是他们采用了这种共识机制）。为了回答这个问题，并试图帮助大家更好地理解POSW中的安全模型，本文将假设ETC已经使用了POSW共识，并以此为例讨论对ETC-POSW发起攻击的成本。


参数说明

首先，假设这个ETC-POSW网络具有2019年1月9日的ETC网络类似的系统参数：

  • 全网算力：8Th/s

  • 代币价格：5美元

  • 当前发行量：107407745ETC（数据来自CoinMarketCap）

我们还假设攻击者拥有的算力为8 Th/s（有人怀疑近期对ETC网络攻击所使用的算力是从nicehash上租来的。我们手头没有确凿的数字，8Th/S是假设所有当前的矿工都是诚实的，因此攻击者需要收集8Th/s来执行双花的攻击）。

其次，我们在POSW共识中采用以下参数（参数的意义以及详细说明请参考我们之前发布的文章）：

  • 获得最大挖矿额度需要的抵押量（期望发挥100%算力）：所有流通代币的5%（请注意，作为对比EOS约有40%的代币正在进行抵押以获取投票权或其他权益。）

  • 当矿工的算力超过了其挖矿额度将承受难度惩罚：20倍高于正常难度

  • 矿工有效算力（额度）的估计时间窗口：256块

  • 确认一笔交易所需的块数：30块（ETC被攻击前交易所通常使用该参数）

  • 如果矿工停工（要求取出押金），押金将锁仓三天（也可理解为提取押金的过程为三天）。

为了帮助大家理解，这里对POSW中的部分术语做一个简要的解释：额度（allowance）是矿工在任意算力估计窗口期（也就任意的连续256块）中可以生成的块的数量。如果一名矿工生产的块数在窗口（256块）里面超过额度时，则该矿工将受到难度惩罚，这时其开采一个块的难度将提高20倍。本案例中，一个额度需要抵押107407745*0.05/256=20978个代币。

攻击成本

接下来，让我们讨论一下进行双花攻击的成本问题：

  1. 如果攻击者不持有任何代币而直接开始挖矿，这意味着恶意矿工将遭受难度惩罚，因此他必须租用（或自行部署）8 Th/s*20=160 Th/s的算力进行攻击。请注意，这个算力值已经接近以太坊当前的全网算力（169.74 Th/s）。

  2. 如果攻击者有足够的代币可以用于抵押，这意味着矿工需要租用8Th/s的算力并单独连续开采31个块（形成攻击分叉）。由于算力的评估窗口为256个块，因此矿工至少需要31/256*107407745*5%=650320 ETC代币，目前价值为320万美元。在执行攻击后（假设攻击完成后迅速开始提取抵押的代币），这些代币还将被锁定3天。

  3. 假设被双花的代币为219500个ETC（该数据来自网上报道https://blog.coinbase.com/ethereum-classic-etc-is-current-51-attack-33be13ce32de），如果攻击者想抵押的代币低于219500个ETC（也就是即使抵押的代币被没收了，还有收益），则窗口期中攻击者的额度为（219500/（107407745*5%））*256=10.4。这也意味者，在产生了这10个块之后，他还需要使用更多的算力来维持出块，算下来整个攻击需要（31–10）/31*8*20+10/31*8 Th/s，大约为110Th/s算力(不要忘记那用于抵押的219500个ETC)。

从上面的例子中我们可以发现，在POSW共识中，除非攻击者拥有非常高的算力，否则他必须抵押一些代币才能执行有效的双花攻击。如果我们在3天内（抵押锁定期）检测到双花攻击，我们就可以通过扣除其抵押的代币来惩罚攻击者。

至于在何种条件下可以罚没的抵押代币，这属于“预言家问题”。一种可行的思路是依靠某种链上治理模式，由主要利益相关者（比如矿工和持币的人等）达成共识，一致决定扣除攻击者的抵押代币并统一执行。这一过程类似于在比特币网络中达成软分叉(soft-fork)升级协议。

结论

考虑到最近一段时间ETC多次发生51%攻击，我们在本文中展示了如果ETC使用了包含权益的工作量证明共识将有助于提高其网络的安全性，显著的增加双花攻击的成本。分析表明，如果ETC使用了POSW共识，再次发生类似1月的双花攻击时，攻击者需要至少具有110Th/s算力或是650320个ETC（价值320万美元，同时还要8 TH/s算力），这些都远远大于当前对ETC网络发起攻击的成本（8Th/s算力）和收益（219500个ETC)。