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今天，在以太坊研究論壇中悄然誕生了一個新的概念：Proof of Validator。

該協(xié)議機制允許網(wǎng)絡(luò)節(jié)點證明它們是以太坊驗證者，而無需透露它們具體的身份。

這和我們有什么關(guān)系？

一般情況下，市場更容易關(guān)注以太坊上某些技術(shù)創(chuàng)新所帶來的表層敘事，而很少提前深入研究技術(shù)本身。例如以太坊的上海升級、合并、從PoW轉(zhuǎn)到PoS以及擴容，市場只記住了LSD、LSDFi以及再質(zhì)押的敘事。

但不要忘記，性能和安全是以太坊的重中之重。前者決定了上限，后者則決定了底線。

可以明顯看到，一方面以太坊一直在積極推進(jìn)各種擴容方案來提升性能；但另一方面，擴容路上，除了自己修煉內(nèi)功，也需要防范外來的攻擊。

例如，如果驗證節(jié)點被攻擊，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不可用，那么一切構(gòu)建在以太坊質(zhì)押邏輯上的敘事和擴容方案，可能都會被牽一發(fā)而動全身。只是這種影響和風(fēng)險躲在背后，最終用戶和投機者們難以察覺，有時甚至也不關(guān)心。

而本文要談到的 Proof of Validator，可能就是以太坊擴容路上關(guān)鍵的安全拼圖。

既然擴容勢在必行，如何降低擴容過程中可能蘊含的風(fēng)險，是一個不可回避的安全議題，它也與我們每一個圈內(nèi)人休戚相關(guān)。

因此，有必要弄清楚新提出的 Proof of Validator的全貌。但由于技術(shù)論壇中的全文過于零碎和硬核，并且牽扯到了擴容諸多方案和概念，深潮研究院整合原帖和梳理必要的相關(guān)信息，對 Proof of Validator產(chǎn)生的背景、必要性和可能影響進(jìn)行了解讀。

數(shù)據(jù)采樣(Data Availability Sampling): 擴容的突破口

別著急，在正式介紹Proof of Validator之前，有必要搞清楚以太坊目前擴容的邏輯，和其中可能蘊含的風(fēng)險。

以太坊社區(qū)正在積極推進(jìn)多項擴容計劃。其中,數(shù)據(jù)可用性采樣 (簡稱DAS) 被視為最關(guān)鍵的一項技術(shù)。

其原理是將完整的區(qū)塊數(shù)據(jù)分割成若干“樣本（sample)”, 網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點只需要獲取與自己相關(guān)的少數(shù)樣本,就可以對完整區(qū)塊進(jìn)行驗證。

這極大地降低了每個節(jié)點的存儲和計算量。換一個好理解的例子，這就類似我們抽樣調(diào)查,通過訪問不同人,可以總結(jié)出全體人群的總體狀況。

具體來說,DAS的實現(xiàn)方式簡述如下:

• 區(qū)塊生產(chǎn)者把區(qū)塊數(shù)據(jù)分割成多個樣本。
• 每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點只取到其關(guān)注的少數(shù)樣本,而不是完整的區(qū)塊數(shù)據(jù)。
• 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以通過獲取不同的樣本,來隨機采樣驗證完整區(qū)塊數(shù)據(jù)是否可用。

通過這種采樣,即使每個節(jié)點只處理少量數(shù)據(jù),合起來也可以完整驗證整個區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)可用性。這可以使得區(qū)塊大小大幅提升,實現(xiàn)快速擴容。

但是，這種采樣方案有一個關(guān)鍵問題：海量樣本存儲在何處?這需要一整套去中心化網(wǎng)絡(luò)來支持。

分布式哈希表（Distributed Hashed Table): 樣本的家

這就給了分布式哈希表(DHT)機會大顯身手。

DHT可以看作是一個巨大的分布式數(shù)據(jù)庫,使用哈希函數(shù)將數(shù)據(jù)映射到一個地址空間中,不同節(jié)點負(fù)責(zé)存取不同地址段的數(shù)據(jù)。它可以用于在海量節(jié)點中快速查找和存儲樣本。

具體來說,DAS將區(qū)塊數(shù)據(jù)分割成多份樣本后,需要將這些樣本分布到網(wǎng)絡(luò)中的不同節(jié)點上存儲。DHT可以提供一種去中心化的方法來存儲和檢索這些樣本,其基本思路是:

• 使用一致的哈希函數(shù),將樣本映射到一個巨大的地址空間中。
• 網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點負(fù)責(zé)存儲和提供一個地址范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)樣本。
• 當(dāng)需要某個樣本時,可以通過哈希查找對應(yīng)地址,并在網(wǎng)絡(luò)中查找負(fù)責(zé)該地址范圍的節(jié)點,從中獲取樣本。

比如,按一定規(guī)則可將每個樣本哈希為一個地址,節(jié)點A負(fù)責(zé)0-1000號的地址,節(jié)點B負(fù)責(zé)1001-2000號的地址。

那么地址為599的樣本會存儲在節(jié)點A中。需要這個樣本時,通過同樣的哈希查找地址599,再在網(wǎng)絡(luò)中查找負(fù)責(zé)該地址的節(jié)點A,從它那里獲取樣本。

這種方式打破了中心化存儲的局限,大大提升了容錯性和可擴展性。這正是DAS樣本存儲所需要的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

與中心化的存儲和檢索相比,DHT可以提高容錯性,避免單點故障,也能增強網(wǎng)絡(luò)的擴展性。此外,DHT還能幫助抵御DAS中提到的“sample hiding”等攻擊。

DHT的痛點: 女巫攻擊

但是,DHT也存在一個致命弱點,那就是面臨Sybil攻擊的威脅。攻擊者可以在網(wǎng)絡(luò)中制造大量假節(jié)點,周圍的真實節(jié)點就會被這些假節(jié)點“淹沒”。

類比一下，一個誠實的小販被整排整排的假冒商品圍住,用戶就很難找到真品。這樣攻擊者就可以控制DHT網(wǎng)絡(luò),導(dǎo)致樣本不可用。

舉例來說,要獲取地址1000的樣本,需要找到負(fù)責(zé)這個地址的節(jié)點。但是被攻擊者創(chuàng)建的成千上萬假節(jié)點包圍后,請求會被不斷導(dǎo)向假節(jié)點,而無法到達(dá)真正負(fù)責(zé)該地址的節(jié)點。結(jié)果是樣本無法獲取,存儲與驗證都失敗。

為了解決這個問題,需要在DHT上建立一個高信任的網(wǎng)絡(luò)層,僅由驗證者節(jié)點參與。但是DHT網(wǎng)絡(luò)本身無法識別節(jié)點是否為驗證者。

這就嚴(yán)重阻礙了DAS和以太坊擴容。有什么辦法可以抵御這種威脅,保證網(wǎng)絡(luò)的可信任性呢?

Proof of Validator: 守衛(wèi)擴容安全性的ZK方案

現(xiàn)在，讓我們回到這篇文章的重點：Proof of Validator。

在以太坊技術(shù)論壇中，今天 George Kadianakis , Mary Maller, Andrija Novakovic , Suphanat Chunhapanya 4人共同提出了這個方案。

它的總體構(gòu)想是，如果我們能想出一種辦法，讓上一節(jié)DHT的擴容方案中，只允許誠實的驗證者加入DHT，那么想要發(fā)起女巫攻擊的惡意者，也必須質(zhì)押大量ETH，在經(jīng)濟上顯著提高作惡成本。

這個構(gòu)想換一句我們更加熟悉的話來說，就是：我想在不知道你身份的前提下，知道你是個好人，并且能識別壞人。

這種有限信息的證明場景，零知識證明顯然能派上用場。

于是，Proof of Validator(下稱PoV)可用于建立一個只由誠實驗證節(jié)點組成的高可信DHT網(wǎng)絡(luò),有效抵御女巫攻擊。

其基本思路是，讓每個驗證節(jié)點在區(qū)塊鏈上注冊一個公鑰,然后利用零知識證明技術(shù),證明自己知悉這個公鑰對應(yīng)的私鑰。這就相當(dāng)于拿出自己的身份證明明自己是驗證節(jié)點。

此外，對于驗證節(jié)點的抗 DoS（拒絕服務(wù)） 攻擊，PoV還旨在隱藏網(wǎng)絡(luò)層上驗證者的身份。也就是說，該協(xié)議不希望攻擊者能夠分辨出哪個DHT節(jié)點對應(yīng)于哪個驗證節(jié)點。

那么具體要怎么做？原帖用了大量的數(shù)學(xué)公式和推導(dǎo)，在此不做贅述，我們給出一個簡化的版本：

具體實現(xiàn)上,使用Merkle樹或Lookup表。比如利用Merkle樹，證明注冊公鑰存在于公鑰列表這棵Merkle樹中,然后證明從這個公鑰派生出的網(wǎng)絡(luò)通信公鑰是匹配的。整個過程利用零知識證明實現(xiàn),不會泄露實際身份。

跳過這些技術(shù)細(xì)節(jié)，PoV最終實現(xiàn)的效果是：

只有通過身份驗證的節(jié)點才能加入DHT網(wǎng)絡(luò),其安全性大大增加,可以有效抵御Sybil攻擊,防止樣本被故意隱藏或修改。PoV為DAS提供了一個可靠的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò),間接幫助以太坊實現(xiàn)快速擴容。

不過，當(dāng)前PoV還處在理論研究階段,能否落地還存在不確定性。

但該貼的幾位研究員已經(jīng)在小范圍進(jìn)行了實驗，結(jié)果顯示，PoV在提出ZK證明的效率上，以及驗證者接收證明的效率還不錯。值得一提的是，他們實驗設(shè)備只是一臺筆記本，里面裝的還僅僅是一顆5年前的Intel i7處理器。

最后，當(dāng)前PoV還處在理論研究階段,能否落地還存在不確定性。但是無論如何,它代表了區(qū)塊鏈通往更高擴展性的重要一步。作為以太坊擴容路線圖中的關(guān)鍵組件,它值得整個行業(yè)持續(xù)關(guān)注。