LPoS (Liquid Proof-of-Stake) là gì? Bằng chứng cổ phần pha loãng của Tezos

Như các bạn đã biết mục tiêu chính của cơ chế đồng thuận (consensus mechanism) là duy trì lịch sử chung trong toàn bộ mạng ngang hàng (peer-to-peer network). Có vô số thuật toán đồng thuận, và tất cả chúng đều có ưu và nhược điểm. Đáng chú ý, Bằng chứng công việc Proof-of-Work (PoW) của Bitcoin có hai lỗ hổng lớn:

• Tiêu thụ năng lượng
• Người dùng thông thường bị loại trừ khỏi hoạt động khai thác

Trong bài viết này chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết hơn về LPoS “Liquid Proof-of-Stake” của Tezos, được tạo ra để loại bỏ những sai sót đó và những sai sót từ những người tiền nhiệm của nó: Bằng chứng cổ phần PoS “Proof-of-Stake” và Bằng chứng cổ phần ủy quyền DPoS “Delegated Proof-of-Stake”.

Đầu tiên chúng ta hãy xem xét hai cái này.

Bằng chứng cổ phần Proof-of-Stake (PoS) là gì?

Trong khi bằng chứng công việc PoW đảm bảo rằng mỗi người tham gia mạng đã thực hiện một số lượng công việc nhất định để nhận phần thưởng, Bằng chứng cổ phần PoS yêu cầu người tham gia chứng minh rằng họ sẵn sàng đảm bảo tính toàn vẹn của chuỗi khối bằng cách cô lập một số lượng tiền nhất định.

Trong PoS, các trình xác thực thay thế các công cụ khai thác. Trình xác nhận tập hợp các giao dịch và tạo các khối. Có một số phương pháp để chọn trình xác nhận, chúng ta sẽ xem xét trong các đoạn sau.

Trong cơ chế đồng thuận này, họ phải khóa quỹ của mình để có cơ hội trở thành người xác nhận, điều này khiến nó “có khả năng phục hồi”. Cơ chế này đại diện cho một giải pháp thay thế chi phí năng lượng thấp cho PoW.

Hơn nữa, một cuộc tấn công 51% sẽ không mang lại lợi nhuận vì một hacker đặt cược tiền của chính mình và có nguy cơ mất nó nếu bị phát hiện. Do đó, người xác nhận sẽ không được hưởng lợi từ một quyết định chống lại quan điểm chung của mạng. Ngoài ra, việc nắm giữ 51% mã thông báo sẽ yêu cầu lượng thanh khoản khổng lồ, khiến cho viễn cảnh này rất khó xảy ra.

Loại bỏ PoW không phải là không có hậu quả. Với sự đồng thuận của Nakamoto, PoW cho phép lựa chọn chuỗi, duy trì việc phát hành khối thường xuyên, điều chỉnh việc tạo tiền xu và chọn người khai thác nhận phần thưởng. PoW tiêu tốn quá nhiều năng lượng.

Tuy nhiên, năng lượng này kết nối với thế giới vật chất và hỗ trợ thuộc tính Tương hỗ-Đảm bảo-Tiêu diệt (MAD – Mutual-Assured-Destruction) đổi lại (đầu tư của thợ mỏ vào máy móc và điện). Do đó, việc thay thế PoW dẫn đến những câu hỏi cơ bản trước đây về việc xây dựng sự đồng thuận để bù đắp cho những tổn thất.

1. Khả năng chịu lỗi Byzantine (BFT) trong Công nghệ sổ cái phân tán (DLT)

Chúng tôi đã nói về Khả năng chịu lỗi của Byzantine (BFT) và cách Bitcoin hỗ trợ khoảng 50% các nút bị lỗi. Ba yếu tố cơ bản của nghiên cứu cho phép chúng ta đặt nền móng cho một thuật toán đồng thuận mới: Định lý CAP (CAP Theorem); FLP Bất khả thi (FLP Impossibility); Giới hạn khả năng chịu Lỗi (Fault Tolerance Bounds).

Hãy nhắc lại những kết quả sau:

Định lý CAP (CAP Theorem)

• Tính nhất quán (Consistency): Mọi lần đọc đều nhận được lần ghi gần đây nhất hoặc lỗi
• Tính khả dụng (Availability): Mọi yêu cầu đều nhận được phản hồi (không lỗi)
• Khả năng chịu sự phân chia (Partition tolerance): Hệ thống tiếp tục hoạt động mặc dù có một số lượng tùy ý thông báo bị mạng bỏ (hoặc trì hoãn) giữa các nút

Trong các trường hợp phân vùng như sự cố kết nối, bạn phải chọn độc quyền giữa tính nhất quán hoặc tính khả dụng.

FLP bất khả thi (FLP Impossibility)

FLP viết tắt của Fisher, Lynch và Patterson. Tính bất khả thi của Fisher, Lynch và Patterson cho thấy rằng, không có giới hạn đảm bảo về độ trễ của mạng, không thể đạt được sự đồng thuận ngay cả với một nút bị lỗi. Sự không có giới hạn về độ trễ này là đặc điểm của cài đặt không đồng bộ (asynchronous).

Giới hạn khả năng chịu lỗi (Fault Tolerance Bounds) từ giấy DLS

DLS viết tắt của Dwork, Lynch, và Stockmeyer. Bài báo Dwork, Lynch, và Stockmeyer cung cấp cho chúng ta ba giới hạn quan trọng về Khả năng chịu lỗi:

• Sự đồng bộ chạy trên mạng đồng bộ một phần có thể chịu đựng đến một phần ba (1/3) các nút bị lỗi
• Sự đồng ý xác định chạy trên mạng không đồng bộ không thể dung thứ cho các nút bị lỗi (điều này trở thành 1/3 với các thuật toán ngẫu nhiên)
• Sự đồng thuận chạy trên một mạng đồng bộ có thể chịu được tới 100% các nút bị lỗi (với một số hạn chế vượt quá 50%)

Sự đồng thuận bằng chứng công việc PoW phụ thuộc nhiều hơn vào mô hình đồng bộ, trong khi PoS phụ thuộc nhiều hơn vào mô hình BFT. Trong các mô hình đồng bộ PoW, khả năng chịu lỗi giảm theo độ trễ (khoảng 1/3 tại độ trễ thời gian khối). Thuật toán đồng thuật PoS theo dõi kích thước thiết lập của trình xác nhận và trình xác nhận, do đó làm cho chúng đồng bộ một phần.

Hãy ghi nhớ phân phối lựa chọn và phần thưởng của trình xác thực, chúng ta có thể phân biệt hai danh mục chính cho sự đồng thuận PoS:

Tại thời điểm này, chúng ta đã cần ngăn chặn các-ten hình thành. Để so sánh với PoW, nó giống như cản trở các cuộc tấn công như “Selfish Mining – Khai thác ích kỷ”. Có những vấn đề khác và các giải pháp khác nhau.

2. Điểm yếu tiềm ẩn chính của Bằng chứng cổ phần PoS

Trong phần này, sẽ mô tả 5 vấn đề được biết đến nhiều nhất mà chúng ta gặp phải nếu cố gắng xây dựng thuật toán Proof-of-Stake:

• Giàu càng giàu (Rich get richer)
• Không bị mất cổ phần (Nothing at Stake)
• Xay cổ phần (Stake grinding)
• Tấn công ví nóng (Hot wallet attack)
• Tấn công tầm xa (Long range attack)

a. Giàu càng giàu (Rich get richer)

Để có thể đặt cược, bạn cần có một số tiền nắm giữ nhất định. Điều này có nghĩa là nếu bạn không đủ giàu, bạn không thể tham gia đặt cược.

Hơn nữa, nếu cơ hội nhận được phần thưởng tỷ lệ thuận với số tiền nắm giữ trước đó, thì sự giàu có đương nhiên tập trung vào những phần thưởng lớn nhất. Đổi lại, những khoản nắm giữ này thậm chí còn lớn hơn theo thời gian. Nguồn cung hạn chế là một điểm quan trọng ở đây.

Nếu không, thì việc tạo mã thông báo mới cho phép bạn giảm bớt tác động của lạm phát và tham gia vào việc duy trì mạng lưới. Vấn đề là: Sự tập trung quyền lực làm giảm động cơ tham gia.

Tuy nhiên, tất cả người dùng không muốn trở thành người xác thực đặt cược và sẽ thực hiện thanh toán.

b. Không bị mất cổ phần (Nothing at Stake)

Trong PoS dựa trên chuỗi, không có hình phạt và chỉ có phần thưởng cho việc tạo ra các khối. Do đó, không có động cơ để chọn đúng chuỗi.

Trong PoW, chuỗi có nhiều công việc tích lũy nhất sẽ thu hút các thợ đào một cách tự nhiên. Họ đầu tư điện và năng lượng của mình vào phần có thể xảy ra nhất của mạng nơi khối tiếp theo sẽ xuất hiện. Không làm như vậy sẽ dẫn đến các hình phạt ngầm.

Ngược lại, trong PoS, người xác nhận có thể chia cổ phần của mình trên mọi chuỗi và yên tâm đặt cược thứ gì đó vào đúng chuỗi. Anh ấy không có gì để mất. Sẽ không bao giờ có sự đồng thuận trong trường hợp này. Điều này cũng làm cho “Tấn công P + epsilon’ có thể xảy ra.

Có vẻ như rõ ràng rằng việc đưa ra các hình phạt sẽ giải quyết ngay lập tức vấn đề này. Việc thực hiện các hình phạt này không hề dễ dàng.

Chiến lược đầu tiên là trừng phạt những người xác nhận đồng thời tạo một khối trên các chuỗi khác nhau. Để phát hiện hành vi này, chúng ta cần kèm theo bằng chứng về hành vi sai trái.

Việc tạo bằng chứng này yêu cầu xác định chính xác người xác nhận và kiểm soát thời gian phát hành và hình phạt của các khối. Các nút phải thường xuyên trực tuyến.

Chiến lược thứ hai là trừng phạt những người xác nhận tạo một khối trên chuỗi sai như thể chúng ta đang ở trong một hệ thống PoW. Chiến lược này yêu cầu ít kiểm soát thời gian hơn nhưng lại khiến người xác nhận gặp nhiều rủi ro hơn. Để thiết lập chiến lược này trong loại thuật toán khả năng chịu lỗi của Byzantine (BFT), chúng ta có thể sử dụng các điểm sau:

Trong Khả năng chịu lỗi của Byzantine trong bằng chứng cổ phần PoS, xác định bốn tiêu chí với hai bộ quy tắc và hai thuộc tính:

• Quy tắc

1. Điều kiện cuối cùng: các quy tắc xác định thời điểm hoàn thành một khối nhất định.
2. Điều kiện chặt chẽ: các quy tắc xác định thời điểm một trình xác thực nhất định có thể bị coi là hoạt động sai.

• Thuộc tính

1. An toàn có thể giải trình: nếu các khối hợp lệ xung đột được hoàn thiện, thì ít nhất 1/3 của tất cả các trình xác nhận phải đã vi phạm một số điều kiện chặt chẽ.
2. Tiến trình hợp lý: tồn tại một tập hợp các thông báo rằng 2/3 của trình xác nhận có thể tạo ra và hoàn thiện một số giá trị.

Ngay cả khi chúng ta có thể đưa ra bằng chứng về hành vi sai trái và trừng phạt người xác nhận, thì vẫn có một vấn đề lớn trong trình độ xử lý sai. Thật vậy, trong kịch bản chuỗi xung đột, có thể có những mặt tích cực giả.

Chuyển đổi từ một chuỗi sang chuỗi khác là một phương tiện để thiết lập sự đồng thuận. Trừng phạt hành vi này là phản tác dụng. Không thể có sự cân bằng giữa hình phạt và phần thưởng, vì vậy không có sự hội tụ.

Sau đó, một ý tưởng sẽ là đưa ra những hình phạt ngày càng khó hơn khi thời gian trôi qua. Người xác nhận có thể thay đổi quyết định trong khi nhiều vòng đặt cược diễn ra. Mặc dù vậy, họ càng chờ đợi, các biện pháp trừng phạt càng nghiêm khắc hơn.

c. Xay cổ phần (Stake grinding)

PoS chọn ngẫu nhiên các trình xác nhận của khối từ một nhóm (với xác suất tỷ lệ thuận với cổ phần). Nguồn gốc của sự ngẫu nhiên phải nằm trong hệ thống đồng thuận. Khó khăn là tìm thành phần dựa vào trình tạo ngẫu nhiên.

Nếu các khối được sử dụng để tạo ra entropy, thì những người lập trình có thể cố gắng thao túng nội dung để tự gán cho chúng một số khối trong tương lai. Các thao tác nội dung của khối sẽ yêu cầu sức mạnh tính toán và điện năng, tương tự như một cuộc tấn công được sử dụng trong các hệ thống PoW.

Tìm kiếm một nguồn giả ngẫu nhiên hiệu quả và triển khai nó là một vấn đề phức tạp trong công nghệ blockchain.

d. Tấn công ví nóng (Hot wallet attack)

Để đặt cược, người xác nhận cần phải trực tuyến và ký bằng khóa cá nhân. Quá trình này làm lộ khóa cá nhân của trình xác thực trực tuyến trong thời gian dài, khiến phần cứng gặp rủi ro như thể họ đang sử dụng “ví nóng”.

Do đó có nhiều cơ hội hơn cho tin tặc. Một ý tưởng để giảm thiểu rủi ro là có một khóa riêng dành riêng cho mục đích này và trong một thời gian ngắn. Tuy nhiên, trong trường hợp lách luật, dù sao thì tin tặc cũng có thể kích hoạt hình phạt và phá hủy quỹ. Do đó, phần cứng chuyên dụng để đặt cược sẽ là một ý tưởng tốt hơn là một chiếc ví lạnh.

e. Tấn công tầm xa (Long range attack)

Những kẻ tấn công có thể cố gắng thao túng lịch sử của các sự kiện quay ngược thời gian. Tại thời điểm đó, họ có thể mua một khóa riêng cũ có số lượng lớn tiền xu. Sau đó, họ xây dựng một lịch sử mới về xác thực đặt cược và phần thưởng từ khóa này.

Vì họ có rất nhiều tiền ngay từ đầu, nên họ sẽ có một chuỗi vô cùng lớn có khả năng được chọn. Kết quả là, một cuộc tái tổ chức kéo dài nhiều năm diễn ra.

Hệ thống có thể sử dụng các trạm kiểm soát để ngăn chặn cuộc tấn công. Một ngưỡng đặt cược có thể kích hoạt một trạm kiểm soát. Vấn đề là nó yêu cầu các nút phải liên tục trực tuyến. Khi đó, chuyển sang chế độ ngoại tuyến sẽ yêu cầu các nút đáng tin cậy để hỏi lịch sử quá khứ.

Chúng ta có thể thảo luận về triết lý của Satoshi Nakamoto và tự hỏi liệu mỗi cá nhân có nên xác minh mọi thứ ngay từ đầu hay không. Chúng ta có thể nhượng bộ.

Như bạn có thể thấy, việc chuyển đổi từ PoW sang PoS trong thế hệ blockchain mới không phải là một nhiệm vụ dễ dàng. Sự đồng thuận PoS được điều chỉnh nhiều hơn là cần thiết để đảm bảo các ưu đãi, nguyên tắc kinh tế và bảo mật.

Bằng chứng cổ phần được ủy quyền (DPoS: Delegated Proof-of-Stake) là gì?

Đồng thuận Bằng chứng cổ phần được ủy quyền (DPoS) được phát triển bởi Daniel Larimer vào năm 2014. Do vấn đề “Giàu càng giàu”, PoS thuần túy không thành công trong việc làm loãng sự tập trung của hoạt động khai thác. Ý tưởng của DPoS là thêm một tùy chọn mới để làm cho PoS trở nên toàn diện hơn.

Trong DPoS, người dùng hành động như thể họ đang ở trong một nền dân chủ nghị viện. Người dùng ủy quyền hoặc “bỏ phiếu” cho người xác nhận còn được gọi là “nhân chứng” giữa một tập hợp. Có một số lượng cố định nhân chứng đủ điều kiện, thường từ 20 đến 100.

Một “phiếu bầu” bằng cách quy đồng tiền sở hữu cho người xác thực, do đó mang lại cho anh ta nhiều cơ hội xác thực khối và nhận phần thưởng. DPoS phân chia đồng đều quyền sản xuất khối trong tập hợp các nhà sản xuất khối đang hoạt động. Người xác nhận chiến thắng sẽ nhận được phần thưởng và chia sẻ chúng với cử tri của mình. Uy tín lâu dài và hiệu quả thúc đẩy các lựa chọn trong các cuộc bầu cử.

Ý tưởng phân cấp hoạt động xác nhận của các khối với một cách tiếp cận dân chủ hơn một cách nghịch lý lại củng cố một tổ chức chính trị đầu sỏ ở cấp độ mạng. Thậm chí tệ hơn, DPoS củng cố khả năng mở rộng, dẫn đến việc chuyên nghiệp hóa hoạt động. Các nhân chứng sẽ tổ chức ở các trang trại xác thực thay vì các trang trại khai thác. Cuối cùng, mức tiêu thụ điện sẽ lại tăng quá mức.

DPoS sau đó là không đủ. PoS cần phát triển nhiều hơn nữa. Đó là lý do tại sao cộng đồng của Tezos đã đưa ra sự đồng thuận “Liquid Proof-of-Stake” (LPoS).

Bằng chứng cổ phần lỏng (LPoS: Liquid Proof-of-Stake) là gì?

1. LPoS là sự phát triển từ DPoS

Tezos đã phát triển LPoS, một bước tiến của ý tưởng DPoS. Phiên bản hiện tại, trong giao thức Florence là “Emmy+”.

Trong LPoS, trình xác nhận được gọi là “baker” hoặc “người xác nhận”. Trái ngược với DPoS, bất kỳ người dùng nào cũng có thể trở thành người xác thực nếu anh ta có đủ tiền . Nếu anh ta không, thì anh ta có quyền lựa chọn để ủy quyền.

Ý tưởng là pha loãng hơn nữa hoạt động và tăng cường sự hòa nhập. Trọng tâm là tính thanh khoản của quản trị hơn là khả năng mở rộng của mạng lưới. Hai vai trò của đại biểu rất đơn giản:

• Bakers: người tạo khối
• Endorsers: người đồng ý về các khối

Số lượng tez cần thiết để barking hoặc xác nhận là một thông số hữu ích. Tăng nó để ngăn chặn cuộc tấn công Sybil hoặc cuộc tấn công 51%, giảm nó để phối hợp các cuộc phân tán các nhóm hoặc liên minh.

Trình xác thực cần 8.000ꜩ (một ” cuộn “) để tham gia vào sự đồng thuận (sắp được hạ xuống 2.000ꜩ [11] ). Tuy nhiên, như trong DPoS, xác suất phần thưởng vẫn tỷ lệ thuận với số tiền đã đầu tư. Thời gian nướng có chu kỳ và các thẻ vẫn được đóng băng như các liên kết trong quá trình này.

2. Cơ chế đồng thuận (Consensus mechanism)

a. Roll (cuộn)

Một roll đại diện cho 8.000ꜩ được ủy quyền cho một khóa cá nhân nhất định. Vì vậy, ai có càng nhiều roll thì cơ hội barking được khối tiếp theo càng cao. Nếu 10 roll đang hoạt động và một baker sở hữu 2/10 trong số các cuộn này, anh ta có 20% cơ hội được chọn. Lưu ý rằng các bên liên quan 8.000ꜩ hoặc 15.999ꜩ có cùng xác suất baking.

Quyền baking được gọi là quyền ưu tiên và được trao lần lượt. Ví dụ: nếu 10 roll đang hoạt động, giao thức có thể chọn ngẫu nhiên một danh sách ưu tiên như sau:

 Priority1 = Roll 6
 Priority2 = Roll 9
 Priority3 = Roll 4
 Priority4 = Roll 3
 .
 .
 .
 Priority10 = Roll 7

Do đó, người sở hữu roll số 6 sẽ được ưu tiên đề xuất khối mới. Nếu anh ta không tạo và phát sóng nó trong một khoảng thời gian nhất định, người baker tiếp theo sở hữu roll số 9 có thể tiếp quản. Lưu ý rằng một baker có thể có một số roll được chọn và do đó nhận được một số ưu tiên.

Mỗi xác nhận sẽ thiết lập một danh sách ưu tiên mới.

b. Cycle (Chu kỳ)

Một chu kỳ tương ứng với 4096 khối (≈ 2,8 ngày).

• Chu kỳ, phần thưởng và phí

Cần 7 chu kỳ để tích lũy phần thưởng. Sau đó, phải mất thêm 5 chu kỳ nữa trước khi dịch vụ ủy quyền nhận được chúng và có thể chuyển các phần thưởng đó. Cuối cùng, các mã thông báo bị đóng băng trong vài tuần.

c. Roll selection (Cuộn được chọn)

Ở mỗi chu kỳ, một hạt giống ngẫu nhiên được tạo ra. Trình tạo số giả ngẫu nhiên sử dụng hạt giống để tạo danh sách ưu tiên dựa trên ảnh chụp nhanh các cuộn hiện có cách đây 2 chu kỳ.

• The rolls snapshots (Chụp ảnh các cuộn)

Cứ sau 256 khối, hệ thống sẽ tạo ảnh chụp nhanh của các cuộn được sở hữu.

• The seed (hạt giống)

Một số bí mật từ chủ sở hữu của tất cả các cuộn được yêu cầu. Tất cả các số bí mật được tập hợp và băm để tạo ra hạt giống. Vì chủ nhân cuối cùng tiết lộ bí mật của mình đã biết những con số khác, nên một quy trình gồm 2 giai đoạn được gọi là “Cam kết & Tiết lộ” được đưa ra.

• Baker và người chứng thực

Danh sách ưu tiên được tạo ra xác định ai thực hiện một khối và ai xác nhận khối đó. Đây là một quá trình lặp lại xoay vòng trên danh sách các ưu tiên cho đến khi kết thúc chu kỳ (4096 khối).

3. Bảo mật (Security)

Một baker không thể tiếp tục chu trình tiếp theo trước khi xác minh hoàn toàn roll của mình. Người chứng thực cũng kiểm soát các giao dịch của người Baker. Nếu những người ủng hộ phát hiện thấy vi phạm an ninh, họ có thể hủy bỏ việc baking.

Trong trường hợp đó, những người Baker sẽ mất tiền của họ. Người xác nhận lần lượt được thưởng cho mỗi lần xác minh bằng tezs.

So sánh giữa LPoS và DPoS

Bảng sau nêu bật sự khác biệt giữa LPoS và DPoS:

Trong bài viết này, chúng tôi đã trình bày chi tiết về sự đồng thuận PoS. Bây giờ bạn có thể hiểu các nguyên tắc cơ bản của nó. Bạn nhận ra rằng lợi ích của PoS cũng mang lại những khó khăn khó giải quyết. Các dẫn xuất PoS đề xuất các biến thể trong sự đồng thuận để giải quyết các vấn đề.

Trong khi PoS làm giảm nhiều ràng buộc bên ngoài với năng lượng, thì sự phân cấp và ngẫu nhiên đáng tin cậy khó có thể quản lý được. DPoS cố gắng áp dụng một loại lập trường dân chủ nhưng nghịch lý là quy mô trở lại mức tiêu thụ năng lượng.

Cuối cùng, LPoS dường như là giải pháp thay thế tốt nhất cho đến nay, dựa nhiều hơn vào sự tin tưởng của người dùng, làm loãng và nắm rõ quyền ra quyết định. Việc tạo ra ngẫu nhiên vẫn cần được quan sát và chỉ có thời gian mới trả lời được liệu các thông số hiện tại có giữ đủ phân cấp và bảo mật hay không.

Theo: opentezos

Khuyến cáo: Thông tin trên bài viết này chỉ mang tính tham khảo, không có bất kỳ lời khuyên nào về mua bán, đầu tư. Bạn hãy tự nghiên cứu trước khi thực hiện bất kỳ hình thức đầu tư nào.

Nội dung đề xuất