Hisse Kanıtı Kriptografik Mekanizmaları

İş Kanıtı, blok zincirlerini hesaplama harcaması yoluyla güvence altına alır: madenciler bir hedefin altında kalan bir özet bulmak için yarışır ve kazanan bir sonraki bloğu ekler. Bu süreç, ağ güvenliğiyle orantılı miktarda elektrik tüketir. Hisse Kanıtı, hesaplama gücünün yerine ekonomik payı koyar: doğrulayıcılar kripto parayı teminat olarak kilitler ve protokol blok önericilerini paylarıyla orantılı olarak seçer. Ethereum'un İş Kanıtından Hisse Kanıtına geçişi (Birleşme, Eylül 2022), enerji tüketimini %99,9'dan fazla azalttı.

Ethereum'un Hisse Kanıtı sisteminde (Gasper mutabakatı), doğrulayıcılar yürütme katmanındaki bir akıllı sözleşmeye para yatırma işlemi göndererek 32 ETH teminat yatırır. Bu para yatırma işlemi bir BLS ortak anahtarı (doğrulayıcının kimliği), bir çekim kimlik bilgisi ve anahtarın sahipliğini kanıtlayan bir imza içerir. Para yatırma sözleşmesi bir günlük olayı üretir; mutabakat katmanı bu günlükleri okur ve doğrulayıcıları bir gecikmenin ardından (normal koşullarda yaklaşık 12-24 saat) etkinleştirilmek üzere sıraya alır. 32 ETH teminatı, para çekme özelliği etkinleştirilene kadar kilitli kalır.

Ethereum doğrulayıcıları iki anahtar çifti kullanır: mutabakat görevleri (onaylamalar, blok önerileri, eşzamanlama komitesi) için bir BLS12-381 imzalama anahtarı ve varlıkları taşımak için ayrı bir çekim anahtarı. BN-254 veya BLS12-381 eğrileri üzerindeki BLS imzaları verimli birleştirmeyi destekler: yüz binlerce doğrulayıcının imzası tek bir 96 baytlık imzada birleştirilebilir. Bu birleştirme ölçeklenebilirlik için kritik önemdedir; bu özellik olmadan her yuva gigabaytlarca imza verisi gerektirirdi.

Ethereum'un mutabakat zaman çizelgesi yuvalara (her biri 12 saniye) ve dönemlere (32 yuva = 6,4 dakika) ayrılır. Her yuvada bir doğrulayıcı sözde rastgele biçimde blok önericisi olarak seçilir. Etkin tüm doğrulayıcılar, zincirin başını onaylayan komitelere (genellikle her biri 512 doğrulayıcıdan oluşur) ayrılır. Komite atamaları, komite bileşiminin manipüle edilmesini önlemek amacıyla her dönemde RANDAO tabanlı bir karıştırma algoritması (entropi kaynağı olarak RANDAO kullanan Fisher-Yates) kullanılarak yenilenir.

Hisse Kanıtında doğrulayıcı seçimi, öngörülemeyen ve manipüle edilemeyen bir rastgelelik gerektirir. Ethereum, protokole yerleşik bir taahhüt-açıklama şeması olan RANDAO'yu kullanır. Her blok önericisi, geçerli dönem numarası üzerine bir BLS imzası eklemelidir; bu imza, birikmiş RANDAO değerine özel veya işlemiyle dahil edilerek yeni entropi sağlar. RANDAO çıktısı, sonraki yuvanın önericisini seçmek ve komiteleri karıştırmak için kullanılır. Bir dönemdeki son açıklayanı kontrol eden saldırgan, bloğunu yayımlamayarak RANDAO'yu az miktarda kendi lehine değiştirebilir; ancak bunun bedeli blok ödülünü kaybetmektir.

Hisse Kanıtı güvenliği, doğrulayıcıların dürüst davranmasına bağlıdır. Kesme, iki belirli kötü davranışı cezalandırır: aynı yuva için iki farklı blok imzalama ve çelişkili onaylar verme. Kesme kanıtı, çelişkili içeriğe sahip ancak aynı doğrulayıcı anahtarıyla imzalanmış iki iletiyi içeren bir işlem olarak zincir üzerine gönderilir. Kusurlu doğrulayıcı, payının bir bölümünü (en az 1/32'sini, çok sayıda doğrulayıcı aynı anda kesilirse potansiyel olarak payının tamamını) kaybeder ve zorunlu olarak sistemden çıkarılır.

Ethereum'un kesinlik mekanizması, LMD-GHOST çatallanma seçimi kuralının üzerine katmanlanan Casper Dostane Kesinlik Aracı'dır (FFG). Her dönemde doğrulayıcılar, kaynak ve hedefin son meşrulaştırılmış kontrol noktası ile geçerli dönemin sınır bloğu olduğu (kaynak, hedef) kontrol noktası oylarını kullanır. Bir kontrol noktası, hissenin 2/3'ü tarafından tasdik edildiğinde meşru kabul edilir; meşru bir kontrol noktası, bir sonraki kontrol noktası da meşru kabul edildiğinde kesinleşir. Bir blok kesinleştikten sonra, yatırılmış tüm ETH'nin en az 1/3'ü yakılmadan geri alınamaz; bu da geri almayı ekonomik açıdan yıkıcı hâle getirir.

Kesinleşmiş kontrol noktaları arasında doğrulayıcılar, kanonik zincir başı üzerinde uzlaşmalıdır. Ethereum, LMD-GHOST'u (Son Mesaja Dayalı Açgözlü Gözlemlenen En Ağır SubTree) kullanır. Her doğrulayıcının en son tasdiki bir oy sayılır; çatallanma seçimi algoritması, her çatallanma noktasında birikmiş hisse ağırlığı en yüksek olan dalı izler ve yalnızca her doğrulayıcının en güncel mesajını hesaba katar. LMD-GHOST'un (canlılık) ve Casper FFG'nin (kesinlik) birleşimi, Ethereum'un eksiksiz uzlaşma protokolü olan Gasper'ı oluşturur.

Ethereum doğrulayıcı anahtarları, bilinçli bir kriptografik ayrım kullanır. BLS imzalama anahtarı sıcaktır (tasdikler için her yuva aralığında kullanılır) ve bu nedenle daha yüksek risk taşır. Çekim kimlik bilgisi, ayrı bir anahtarın özetidir (veya EIP-4895 sonrasında bir Ethereum yürütme adresidir). Bu ayrım, ele geçirilmiş bir imzalama anahtarının yatırılmış ETH'yi çalamayacağı anlamına gelir; saldırgan yalnızca doğrulayıcıya ceza kestirebilir ve doğrulayıcı hissesini kaybeder. Yalnızca çekim anahtarı fon hareketini başlatabilir ve bu anahtar donanım üzerinde çevrimdışı tutulabilir.

Dağıtık Doğrulayıcı Teknolojisi (DVT), tek başına stake etmedeki tek hata noktası riskini ele alır. Eşik BLS imzaları kullanılarak tek bir doğrulayıcı anahtarı birden çok işletmeci arasında bölünür (örneğin, 5 işletmeciden 3'ü). Bir blok önerisi veya tasdik, birleştirilmiş BLS imzası üretilmeden önce eşik düzeyinde uzlaşma gerektirir. Hiçbir işletmeci anahtarın tamamını elinde tutmaz. Obol Ağı ve SSV Ağı gibi projeler DVT'yi uygular; böylece hata toleransını artırır ve merkezi anahtar saklama olmadan kurumsal stake etmeyi mümkün kılar.

Farklı Hisse Kanıtı zincirleri, kriptografik mekanizmaları farklı biçimlerde uygular. Solana, uzlaşmadan önce sıralamayı belirlemek için VDF benzeri zaman damgalarına (Tarihçe Kanıtı) sahip bir Tower BFT varyantı kullanır. Cardano, evrensel birleştirilebilirlik modelinde biçimsel kriptografik güvenlik kanıtları bulunan, güvenliği kanıtlanabilir bir Hisse Kanıtı protokolü olan Ouroboros'u kullanır. Cosmos zincirleri, tek turda 2/3 yeter sayı kesinliği sağlayan klasik bir BFT protokolü olan Tendermint BFT'yi kullanır. Her tasarım güvenlik, canlılık, merkeziyetsizlik ve işlem hacmi arasında farklı ödünleşimler yapar.

Ethereum doğrulayıcısına ceza kesmek için kullanılan başlıca kriptografik kanıt nedir?

Hisse Kanıtı, İş Kanıtı hesaplamasının yerini ekonomik teminatla değiştirir. Ethereum doğrulayıcıları, birleştirilebilir tasdikler için BLS12-381 anahtarlarını kullanır. RANDAO, önerici seçimi ve komite karıştırması için protokol içi rastgelelik sağlar. Casper FFG, 2/3'lük ezici çoğunluk kontrol noktası oyları yoluyla kesinlik sağlar. LMD-GHOST, kontrol noktaları arasındaki çatallanma seçimini yönlendirir. Ceza kesme, çelişkili imzalanmış mesajlara ilişkin zincir üstü kanıtları kullanarak çelişki yaratmayı ve kuşatma oylamasını cezalandırır. DVT, eşik BLS anahtarlarının bölünmesi yoluyla dayanıklılığı artırır.