论文2024/206

Kronos：具有优化开销的安全通用共享区块链共识

摘要

分片通过将网络划分为多个分片来增强区块链的可扩展性，每个分片管理特定的未用交易输出或账户。作为一种引入的新交易类型，跨分片交易对分片区块链的安全性和效率提出了严峻挑战。目前，缺乏一种既能实现安全性又能降低开销的通用切分共识模式。在本文中，我们介绍了Kronos，一种实现优化开销的安全分片区块链共识。特别是，我们提出了一种新的安全切分共识模式，该模式基于由切分成员共同管理的缓冲区。有效的交易通过缓冲区传输给收款人，而无效的交易则通过愉快或不愉快的路径被拒绝。证明了Kronos在恶意客户端下以原子性实现了安全性，并且具有最优的内部开销$k\mathcal{B}$（涉及的碎片数为$k$，拜占庭容错（BFT）成本为$\mathcal{B}$$）。有效的拒绝甚至不需要在愉快的路径中执行BFT，而且不愉快的路径的成本仍然低于两阶段提交。此外，我们提出了基于批量认证和可靠的跨碎片传输的安全跨碎片认证方法。前者结合了混合树或向量承诺，而后者则集成了擦除编码。在处理$b$事务时，Kronos被证明具有低交叉分片开销$\mathcal{O}（nb\lambda）$（$n$表示分片大小，$\lambda$表示安全参数）的可靠性。值得注意的是，Kronos对BFT没有任何限制，也不依赖于时间假设，在各个模块中提供可选结构。Kronos可以作为一个通用框架，用于增强现有BFT协议的性能和可扩展性，支持通用模型，包括异步网络，将吞吐量提高几个数量级。我们使用两个著名的BFT协议实现Kronos：异步加速小飞象（NDSS’22）和部分同步Hotstuff（PODC’19）。大量实验（4个AWS区域中多达1000个AWS EC2节点）表明，Kronos将共识节点扩展到数千个，在2.0秒的延迟下实现了320 ktx/sec的可观吞吐量。与过去的解决方案相比，Kronos的表现更胜一筹，在跨碎片事务主导工作负载时，吞吐量提高了12美元/倍，延迟减少了50%。