環(huán)球觀焦點(diǎn)：DVT分布式驗(yàn)證技術(shù)：以太坊合并后的下一個(gè)關(guān)鍵

2022 年 9 月 15 日，以太坊區(qū)塊鏈完成了 7 年以來最重要的合并，即從PoW過渡到權(quán)益證明PoS共識(shí)機(jī)制。除去減少能耗、降低門檻，人們也在擔(dān)心 PoS 的共識(shí)機(jī)制會(huì)帶來更大范圍的網(wǎng)絡(luò)集中控制，因?yàn)?PoS 會(huì)賦予持有大量股份的人更多的投票權(quán)。故而，合并完成后，開發(fā)者需要參與開發(fā)、測(cè)試，盡可能減少潛在的網(wǎng)絡(luò)故障、提高去中心化程度，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)。

【資料圖】

以太坊路線圖顯示，分布式驗(yàn)證技術(shù)將是以太坊合并后的下一個(gè)關(guān)鍵。根據(jù)Messari的最新報(bào)告，DVT 能夠提高驗(yàn)證器的安全性，DVT 或會(huì)是以太坊網(wǎng)絡(luò)的主要發(fā)展之一。

DVT 是什么?

分布式驗(yàn)證技術(shù)，Distributed Validator Technology（簡稱 DVT）類似于共識(shí)投票的多重簽名，它能允許以太坊 PoS 驗(yàn)證器在多個(gè)節(jié)點(diǎn)或機(jī)器進(jìn)行，從而驗(yàn)證者可以在多個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行投票，支持以太坊驗(yàn)證其分布式操作是該技術(shù)的核心目的。這一技術(shù)最早出現(xiàn)在以太坊基金會(huì)成員的研究論文中，原被稱為 SSV。通過 3-of-4 設(shè)置（概念見下），DVT 允許個(gè)人、團(tuán)體或者社區(qū)的節(jié)點(diǎn)共同組成單個(gè)驗(yàn)證器。DVT 通過為驗(yàn)證者增加容錯(cuò)層，提高容錯(cuò)率，在驗(yàn)證過程中，某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，驗(yàn)證器依舊可以繼續(xù)運(yùn)行，從而消除了單點(diǎn)故障、雙重簽名懲罰、分叉懲罰的可能性。

相關(guān)概念

共識(shí)（Consensus）：單個(gè)驗(yàn)證者的職責(zé)被分配給多個(gè)共同驗(yàn)證者，簽署消息需要共同驗(yàn)證者就投票達(dá)成一致。

M-of-N 閾值簽名：驗(yàn)證者的私鑰將會(huì)分為 N 份，每位驗(yàn)證者持 1/N，當(dāng) M 個(gè)驗(yàn)證者投票達(dá)成一致簽署后，即可完成簽名。

工作原理

DVT 由 4 個(gè)關(guān)鍵部分組成：分布式密鑰生成、BLS 簽名的 Shamir 密鑰共享、安全多方計(jì)算和 DVT BFT 共識(shí)層。

分布式密鑰生成（DKG）：由所有參與者分配加密私鑰，從而防止一方直接控制整個(gè)私鑰。

Shamir 的私鑰共享：私鑰共享指的是私鑰被拆分并被分配給不同參與者，如果需要重設(shè)私鑰，則需要需要組合預(yù)定義的份額閾值（例如，4 份中的 3 份）。

多方計(jì)算（MPC）：多方計(jì)算在分布式驗(yàn)證器技術(shù)中最為關(guān)鍵。通過縮放計(jì)算，運(yùn)營商可以使用他們的私鑰共享來簽署消息和執(zhí)行計(jì)算，而無需在任何單個(gè)設(shè)備上重建；多方計(jì)算能夠讓運(yùn)營商在不同機(jī)器上以分布式的方式、安全地協(xié)調(diào)密鑰生成和重建。

共識(shí)達(dá)成：容錯(cuò)是通過閾值簽名方案 Beacon 節(jié)點(diǎn)間的共識(shí)算法達(dá)成的，ETH驗(yàn)證器 與 Beacon 節(jié)點(diǎn)連接后，即可達(dá)成共識(shí)。

如上圖所示，首先由 DVT 運(yùn)營商計(jì)算得出生成共享公鑰和私鑰加密的過程；再將被拆分后的私鑰共享給不同參與者，與此同時(shí)，私鑰份額會(huì)分發(fā)給運(yùn)營商；接下來，由運(yùn)營商進(jìn)行多方計(jì)算隨機(jī)選擇驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)（該節(jié)點(diǎn)會(huì)與其他節(jié)點(diǎn)共享信息），參與的驗(yàn)證者通過預(yù)定義閾值認(rèn)證后，即可達(dá)成共識(shí)。

為什么需要 DVT?

DVT 是為了解決合并后出現(xiàn)的諸多問題，其中中心化是需要應(yīng)對(duì)的核心威脅。除此之外，協(xié)議規(guī)則影響下，驗(yàn)證者資產(chǎn)受損、以太坊生態(tài)穩(wěn)定性下降也是亟需解決的問題。

中心化風(fēng)險(xiǎn)

以太坊規(guī)則規(guī)定持有不足 ETH 數(shù)量小于 32 的用戶將被限制維護(hù)驗(yàn)證器，對(duì)于這些用戶而言，質(zhì)押服務(wù)是唯一解決方案，這進(jìn)一步導(dǎo)致大量加密資產(chǎn)被儲(chǔ)存在中心化交易所。以太坊最大的質(zhì)押服務(wù)商LidoFinance 存入了超過 400 萬個(gè)以太幣，占質(zhì)押加密資產(chǎn)總量的 32%。當(dāng)大量加密資產(chǎn)被存入交易所時(shí)，黑客攻擊、不合理的審查制度、技術(shù)錯(cuò)誤都會(huì)威脅以太坊生態(tài)，造成集中化風(fēng)險(xiǎn)。

單點(diǎn)故障

私鑰對(duì)于獨(dú)立的驗(yàn)證器至關(guān)重要，因?yàn)橐坏﹣G失或忘記私鑰，資產(chǎn)將無法訪問。合并后，PoS 禁止冗余的協(xié)議規(guī)則使得每個(gè)驗(yàn)證者只能簽署一臺(tái)驗(yàn)證器，這意味著如果節(jié)點(diǎn)宕機(jī)、黑客攻擊等問題出現(xiàn)后，缺乏故障保護(hù)的單節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證器會(huì)導(dǎo)致驗(yàn)證者資產(chǎn)的直接受損，并進(jìn)一步影響以太坊整體穩(wěn)定性。

雙重簽名懲罰

如果驗(yàn)證者使用相同的密鑰多次簽署，網(wǎng)絡(luò)故障、云故障等問題導(dǎo)致離線，用戶將失去部分質(zhì)押額度。

分叉懲罰

在 PoS 制度下，驗(yàn)證器連接的 Beacon 節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障后，會(huì)建立一個(gè)分叉。但在這樣的情況下，驗(yàn)證者受到影響導(dǎo)致被認(rèn)定為離線，驗(yàn)證者依舊會(huì)被處罰。

集中和中心化的后果與區(qū)塊鏈目的背道而馳，安全威脅和資產(chǎn)處罰則會(huì)產(chǎn)生消極影響。為了解決上述困境，分布式驗(yàn)證器技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

DVT 有什么發(fā)展?jié)摿?

提高以太坊去中心化程度、安全性和運(yùn)行效率，DVT 被業(yè)界人士寄予厚望。

優(yōu)勢(shì)

DVT 作為節(jié)點(diǎn)集群運(yùn)行的驗(yàn)證器彈性較高，風(fēng)險(xiǎn)較小，所以能夠提高質(zhì)押的穩(wěn)定性。

對(duì)于大型驗(yàn)證器，DVT 能夠保障高可用性，降低基礎(chǔ)設(shè)施成本：改進(jìn)的冗余和更低的削減風(fēng)險(xiǎn)能夠讓更少的驗(yàn)證者運(yùn)營更多的節(jié)點(diǎn)，從而降低硬件成本；通過允許客戶端配置和地址在多個(gè)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行，DVT 能夠降低單個(gè)地址或客戶端的故障風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于小型驗(yàn)證器，DVT 能夠提供與較大驗(yàn)證器相當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)級(jí)別：使用 DVT小型驗(yàn)證器能夠提供與大型驗(yàn)證其媲美的效率；通過降低運(yùn)行節(jié)點(diǎn)的 ETH 要求，DVT 能夠使得用它用戶使用社區(qū)質(zhì)押池或家庭驗(yàn)證器實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證。

對(duì)于流動(dòng)性質(zhì)押協(xié)議，DVT 能提高效率，降低風(fēng)險(xiǎn)，允許運(yùn)營商參與：通過在網(wǎng)絡(luò)中提供冗余，DVT 不再依賴可能導(dǎo)致離線停機(jī)的任一運(yùn)營商；此外，運(yùn)營商能夠通過組織成不同集群，提高了質(zhì)押者協(xié)議的性能。

用例

在去中心化質(zhì)押池中的應(yīng)用：使用 DVT，質(zhì)押池可以切換到去中心化模型，通過減少停機(jī)時(shí)間來減少處罰和削減。

質(zhì)押基礎(chǔ)設(shè)施提供商：通過 DVT，基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商能夠啟用主動(dòng)-主動(dòng)集群冗余，實(shí)現(xiàn)部署和配置的動(dòng)態(tài)性。以前，為了滿足個(gè)人或機(jī)構(gòu)質(zhì)押，基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商需要為主動(dòng)-被動(dòng)配置的機(jī)構(gòu)提供冗余解決方案。現(xiàn)在，主動(dòng)-主動(dòng)冗余能以保障冗余系統(tǒng)能夠始終運(yùn)營為目標(biāo)，將驗(yàn)證器分散在多臺(tái)機(jī)器上從而創(chuàng)建容錯(cuò)。

設(shè)置獨(dú)立驗(yàn)證者：通過 DVT，驗(yàn)證器可以在主動(dòng)-主動(dòng)集群冗余中跨多個(gè)節(jié)點(diǎn)分配簽名權(quán)力，故而能夠最大限度地減少由于停機(jī)、雙重簽名等原因?qū)е碌暮灻『吞幜P風(fēng)險(xiǎn)。

相關(guān)項(xiàng)目

自 DVT 提出以來，Obol Network 和 SSV Network 都已經(jīng)開發(fā)了基于 DVT 的項(xiàng)目。

1. Obol Network

Obol Network 推出了插件客戶端 Charon 來啟用 DVT，能夠以容錯(cuò)的分布式方式運(yùn)行。通過調(diào)整 DVT 技術(shù)，Obol 引入主動(dòng)-主動(dòng)冗余來解決運(yùn)行主動(dòng)-被動(dòng)系統(tǒng)的缺點(diǎn)。驗(yàn)證器不是在一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行，而是在多臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行以創(chuàng)建容錯(cuò)，承受部分節(jié)點(diǎn)故障。通過溝通并達(dá)成共識(shí)，多個(gè) Charon 客戶端一起行動(dòng)，模擬一個(gè)統(tǒng)一的驗(yàn)證者。在這一過程中，Charon 使驗(yàn)證器得以任何支持信標(biāo)鏈標(biāo)準(zhǔn)的 HTTP API 的客戶端，并能夠維護(hù)現(xiàn)有的遠(yuǎn)程簽名基礎(chǔ)設(shè)施。所以，對(duì)于驗(yàn)證者而言，Charon 提供了更輕松的采用途徑。

在未來發(fā)展方向上，Obol Labs 將持續(xù)關(guān)注 DVT，推動(dòng)其在應(yīng)用密碼學(xué)和密碼經(jīng)濟(jì)學(xué)的應(yīng)用。

2. SSV Network

SSV Network 已發(fā)布用于去中心化質(zhì)押的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層，在 SSV 的模型中，每個(gè)驗(yàn)證者需要從運(yùn)營者網(wǎng)絡(luò)中選擇 4 個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行多重簽名投票。SSV Network 有兩個(gè)不同層，SSV 點(diǎn)對(duì)點(diǎn) (P2P) 網(wǎng)絡(luò)層和用于網(wǎng)絡(luò)治理的以太坊合約層：前者主要從智能合約中讀取操作者列表和驗(yàn)證者股權(quán)分配，從而操作驗(yàn)證器；后者主要根據(jù) DVT 運(yùn)營商排名和評(píng)估，添加操作員、創(chuàng)建其和分配資產(chǎn)。

目前，SSV Network 已經(jīng)資助多個(gè)項(xiàng)目應(yīng)用 DVT，未來它將繼續(xù)致力于使用去中心化的以太坊質(zhì)押基礎(chǔ)設(shè)施搭建應(yīng)用程序的構(gòu)建塊。

結(jié)語

對(duì)于用戶而言，DVT 解決了質(zhì)押的諸多挑戰(zhàn)，降低了普通人的進(jìn)入門檻。對(duì)于開發(fā)者而言，DVT 同樣大有裨益。借助 DVT，機(jī)構(gòu)或獨(dú)立驗(yàn)證者能夠享受協(xié)議的安全性和靈活性，享有雙活冗余配置，根據(jù)多種因素實(shí)現(xiàn)操作多樣化。可以期待在不久的未來，DVT 能夠賦能質(zhì)押，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)配置和協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)一個(gè)真正的去中心化的以太坊。

參考文獻(xiàn)

Understanding Distributed Validator Technology (DVT)

What is DVT and How Does It ImproveStakingon Ethereum?

Biggest Ether Staking Service Has a Centralization Problem

Assessing the role of ‘Distributed Validator Technology’ in ETH’s anticipated growth

關(guān)鍵詞： DVT分布式驗(yàn)證技術(shù)以太坊合并后的下一個(gè)關(guān)鍵