Đánh giá Sự phân tán của các Validator: Sự phân bổ địa lý và cơ sở hạ tầng trong mạng Proof-of-Stake

Các ý chính

• Phân tán vận hành của các mạng Proof-of-Stake có thể được đánh giá thông qua sự phân phối Validator và cổ phần trên các quốc gia địa lý, cơ sở hạ tầng lưu trữ nút và các thành phần phần mềm cơ bản.
• Một mạng phân phối và phân tán tốt trên các biến số này sẽ chống chọi tốt hơn với mã lỗi, sự phản đối chính trị và doanh nghiệp, và sự cố hạ tầng vật lý.
• Các chỉ số tiêu chuẩn như hệ số Nakamoto hỗ trợ đo lường sự phân tán vận hành vào một thời điểm nhất định. Nhưng để hiểu toàn bộ hình ảnh, quan trọng để có một phân tích chất lượng về những yếu tố góp phần vào sự tập trung cổ phần và khả năng phục hồi của mạng trong trường hợp sự cố hạ tầng hàng loạt.
• Trên tất cả các mạng được phân tích, Avalanche, Cardano, NEAR, Solana và Aptos, còn nhiều không gian để cải thiện để thúc đẩy độ tin cậy và sự phụ lòng lâu dài.

Mạng Proof-of-Stake sẽ chống chọi tốt nhất với sự cố bất ngờ hoặc tấn công thù địch khi Validator được phân phối và phân tán tốt. Điều này đòi hỏi phân phối một số lượng đủ lớn các nhà khai thác không tin tưởng nhau trên các môi trường không tương quan. “Môi trường” bao gồm cả vị trí vật lý của nhà xác minh và các thành phần phần cứng và phần mềm được sử dụng để kết nối với mạng. Một sự cố hạ tầng thông thường trên bất kỳ biến số nào trong số này ảnh hưởng đến một số lượng lớn nhà xác minh có thể gây gián đoạn và, ngày càng nghiêm trọng hơn, thậm chí gây tổn hại hoàn toàn cho mạng.

Sự phân tán vận hành đề cập đến việc phân phối mạng Validator và cổ phần trên các quốc gia địa lý, cơ sở hạ tầng lưu trữ nút và các thành phần phần mềm cơ bản. Một mạng được phân phối và phân tán tốt trên các biến số này mang lại nhiều lợi ích quan trọng.

Thứ nhất, nó cải thiện an ninh bằng cách giảm thiểu rủi ro của một lỗ hổng đơn lẻ hoặc một vector tấn công ảnh hưởng đến một phần quan trọng của mạng. Thứ hai, nó cải thiện tính mạnh mẽ của mạng bằng cách giảm thiểu tác động của các vấn đề cục bộ, chẳng hạn như các biện pháp quy định hoặc sự cố hạ tầng. Cuối cùng, nó thúc đẩy sự đáng tin cậy. Nó cho thấy một mạng có khả năng chống lại những thách thức và mối đe dọa tiềm tàng, từ đó đóng góp vào sự đáng tin cậy của nó.

Nhiều Layer-1 đa mục đích đã xuất hiện với các thiết kế kiến trúc riêng biệt, mỗi loại cố gắng cân bằng giữa bảo mật, khả dụng và khả năng mở rộng. Tuy nhiên, mỗi thiết kế khác biệt đều đối mặt với những sự đánh đổi ảnh hưởng đến mức độ phi tập trung của nó. Những khác biệt thiết kế này khiến việc phân tích so sánh sự phi tập trung của Layer-1 trở nên thách thức. Để đánh giá sự phi tập trung, người ta phải dựa vào các mô hình tiêu chuẩn và điều chỉnh cho các tham số đặc thù của mạng mỗi.

Công việc đầu tiên của Balaji và Lee đã thiết lập tiêu chuẩn để đo lường sự phi tập trung với hệ số Nakamoto, một phương pháp để đo lường số lượng tối thiểu các thực thể cần thiết để tấn công các phần tử con của mạng blockchain. Tuy nhiên, tính toán ban đầu và các tham số cho hệ số Nakamoto cần được cập nhật để tính đến quy tắc đồng thuận của các mạng dựa trên Proof-of-Stake (PoS) và tập trung vào sự phi tập trung vận hành cụ thể. Hơn nữa, có những yếu tố bên ngoài góp phần vào sự tập trung của cổ phần, cũng như khả năng phục hồi của mạng khi gặp sự cố về cơ sở hạ tầng hàng loạt.

Báo cáo này tìm kiếm thiết lập các tiêu chuẩn mới để đo lường phân phối Validator và cổ phần trên các thành phần cơ sở hạ tầng. Với các kết quả của mình, báo cáo nhằm cung cấp các đề xuất hành động để hỗ trợ sự phi tập trung vận hành của các mạng PoS công cộng.

Vai trò của Validator

Để đo lường sự phi tập trung vận hành trong hệ thống PoS, trước hết phải hiểu các khái niệm cốt lõi về cách Validator hoạt động, cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến cách và nơi mà họ hoạt động.

Validator đóng vai trò là cột sống của một nền tảng tính toán toàn cầu, thực hiện, xác thực và ghi lại các giao dịch cho một mạng không cần phép của người dùng. Họ đạt được sự đồng thuận về trạng thái của một chuỗi các khối, đại diện cho lịch sử giao dịch của một mạng. Để thêm một khối vào chuỗi, cần có một ngưỡng Validator đồng ý. Điều này đảm bảo sự chịu sai Byzantine, trong đó một mạng hoạt động đúng ngay cả khi một số nút hành vi không thành thật hoặc gặp sự cố. Tuy nhiên, các ngưỡng về tính sống còn, tính hoàn tất và tính an toàn của mỗi mạng cuối cùng khác nhau tùy thuộc vào thuật toán đồng thuận và cài đặt cụ thể của mạng đó.

Để đóng góp vào hoạt động mạng, Validator gạch nối hoặc “cổ phần” tài sản cố định của mạng. Khoản kết hợp này có vai trò là biện pháp bảo mật có thể bị cắt giảm để ngăn cản các hành động không có lợi cho mạng. Những hành động như hiệu suất kém, chẳng hạn như thời gian ngừng hoạt động kéo dài, hoặc ý đồ độc hại, chẳng hạn như cố gắng tạo ra các khối không hợp lệ. Validator được thưởng cho dịch vụ của mình bằng một phần phí người dùng và lạm phát của mạng, tùy thuộc vào mạng.

Thiết kế mạng ảnh hưởng đến “phi tập trung vận hành” như thế nào?

Mặc dù có nhiều yếu tố tinh tế ảnh hưởng đến sự phi tập trung vận hành, một số yếu tố quan trọng là:

• Yêu cầu Vốn Cứng & Thiết bị: Chi phí của thiết bị để lưu trữ một nút và số tiền cổ phần tối thiểu cần thiết để vận hành nhà xác minh (có lợi nhuận).
• Chi phí Vận hành Liên tục: Chi phí tiêu thụ tài nguyên liên tục và bảo trì Validator.
• Cơ chế Ủy quyền Cổ phần Tự nhiên: Liệu người sở hữu token có thể đóng góp cổ phần cho các nhà xác minh hiện có không.
• Giới hạn tệp active validator: Ràng buộc mạng giới hạn việc sản xuất khối cho các nhà xác minh có cổ phần cao nhất.

Để minh họa, yêu cầu vốn cứng và cơ sở hạ tầng vật lý tốn kém có thể là rào cản đối với việc tham gia, giảm đa dạng của các nhà điều hành nhưng đảm bảo hoạt động hiệu suất. Các mạng tốn nhiều tài nguyên như Solana, với khả năng xử lý giao dịch cao do Proof of History, và NEAR, sử dụng sharding, có thể yêu cầu cơ sở hạ tầng nặng hơn. Khi yêu cầu tài nguyên tăng, các nhà điều hành nhà xác minh có thể ưa chuộng việc chạy các nút trên các giải pháp máy chủ được đặt hàng thay vì mua và quản lý cơ sở hạ tầng riêng tại chỗ.

Để mở rộng sự tham gia cổ phần, hầu hết các mạng đều có cơ chế ủy quyền cổ phần, cho phép người dùng cam kết cổ phần cho các nhà xác minh hiện có thay vì tự mình vận hành. Một số lượng cổ phần lớn tăng khả năng của một nhà xác minh để tạo ra các khối và kiếm lợi nhuận cho chính họ và người ủy quyền của họ. Tuy nhiên, càng nhiều cổ phần mà một nhà điều hành nhà xác minh thu hút, càng cao rủi ro tập trung cho mạng nếu nhà xác minh gặp sự cố. Các mạng như Cardano thực hiện cơ chế quá tải cụm nhóm, trong đó các nhà xác minh đã thu hút hơn 70 triệu ADA sẽ bắt đầu giảm phần thưởng tiềm năng của mình. Tuy nhiên, điều này không ngăn chặn các nhà điều hành từ việc chạy nhiều nhà xác minh, thường sử dụng cùng một cơ sở hạ tầng. Trong khi Ethereum không cung cấp cổ phần ủy quyền trong giao thức, điều này tương tự với việc các nhà điều hành theo định nghĩa chạy nhiều nhà xác minh theo từng đơn vị 32 ETH, mỗi đơn vị nhà xác minh nhận mức thưởng tương đương với một nhà xác minh 32 ETH.

Để đánh giá sự phi tập trung vận hành của một mạng PoS, các yếu tố trên cùng với các yếu tố khác như cơ chế lựa chọn nhà xác minh, cơ chế chống tấn công và sự đảm bảo an toàn của mạng cần được xem xét. Quá trình này phải dựa trên mô hình tiêu chuẩn và điều chỉnh cho từng mạng cụ thể để cung cấp cái nhìn toàn diện về mức độ phi tập trung vận hành của mạng.