Was ist die Fork-Choice-Regel?
Die Fork-Choice-Regel ist ein Mechanismus in Ethereum, der es Knoten ermöglicht, sich auf eine kanonische Kette zu einigen, wenn sich das Netzwerk in konkurrierende Forks aufteilt. Um die Nuancen dieses Prozesses vollständig zu verstehen, müssen wir zunächst einige grundlegende Konzepte verstehen, beispielsweise was genau einen Fork in Ethereum ausmacht.
Für unsere Neulinge: Lassen Sie uns kurz besprechen, was ein Fork ist!
Was ist ein Fork in Ethereum?
Ein Fork bezeichnet eine Divergenz in der Blockchain, bei der sich das Netzwerk in zwei Ketten aufspaltet. Dies geschieht, wenn einige Knoten auf neue Software aktualisieren, während andere weiterhin die alte Software ausführen. Die aktualisierten Knoten werden in eine neue Kette aufgeteilt, während die verbleibenden Knoten in der ursprünglichen Kette bleiben. Auf diese Weise können zwei parallele Versionen der Blockchain koexistieren. Diese Aufteilung der Pfade führt zu einer erheblichen Komplexität, die durch sorgfältige Protokolle und Mechanismen bewältigt werden muss.
Was hat die DAO-Gabel in Ethereum verursacht?
Der bekannteste Ethereum-Fork entstand aus dem berüchtigten DAO-Hack im Jahr 2016. Das DAO wurde als dezentraler Risikokapitalfonds konzipiert, der es Anlegern ermöglicht, Ethereum-Projekte demokratisch zu finanzieren. Es wurde jedoch ein Exploit entdeckt, der es einem Hacker ermöglichte, Ether im Wert von 50 Millionen US-Dollar aus dem DAO abzuschöpfen. Um die gestohlenen Gelder zurückzugewinnen und das Vertrauen wiederherzustellen, wurde Ethereum hart geforkt. Dies war umstritten, da sich nicht alle einig waren, dass dieser Eingriff den Leitprinzipien von Ethereum entsprach. Somit wurde die ursprüngliche ungegabelte Kette als Ethereum Classic weitergeführt, während die neue Gabel zur dominierenden Ethereum-Kette wurde, die wir heute kennen.
Was ist die Fork-Choice-Regel in Ethereum?
Die Fork-Choice-Regel stellt die Logik bereit, mit der Knoten konkurrierende Kettenkandidaten bewerten und einen Konsens über die legitime Kette erzielen können. Es fungiert als Schiedsrichter und entscheidet zwischen gültigen Forks. Ohne eine klare Fork-Choice-Regel besteht die Gefahr, dass Ethereum in einen unklaren Zustand verfällt, in dem sich Forks vermehren und der Konsens zusammenbricht. Die Regel ermöglicht einen synchronisierten Fortschritt angesichts abweichender Perspektiven. Als solches ist es von grundlegender Bedeutung für die Ordnung und Sicherheit von Ethereum. Durch die Formalisierung der Kettenauswahl verringert die Fork-Auswahl die Unsicherheit und sorgt für eine dezentralisierte Entscheidungsfindung.
Wie hilft die Fork-Choice-Regel Knoten bei der Entscheidung über die kanonische Kette?
Die einfachste Fork-Choice-Regel ist die Longest-Chain-Regel, bei der Knoten dem Fork mit den meisten abgebauten Blöcken folgen. Dies nutzt den Grundsatz, dass eine größere Hashing-Leistung die Übereinstimmung zwischen den Minern widerspiegelt. Da die Mining-Leistung allein jedoch keine Gültigkeit garantiert, ist die Longest-Chain-Richtlinie anfällig für Angriffe. Regeln, die ausschließlich auf verketteten Blöcken basieren, können keine differenzierteren Genauigkeitsmetriken erfassen. Daher wurden fortschrittliche Protokolle wie GHOST eingeführt, um umfangreichere Kriterien wie Onkelblöcke beim Wiegen von Gabeln zu integrieren. Durch das Abtasten von mehr Datenpunkten können Knoten fundiertere Entscheidungen treffen, um sich an der kanonischen Kette auszurichten.
Was ist die Längstkettenregel in Ethereum?
Die Regel der längsten Kette schreibt vor, dass Knoten der Abzweigung mit der höchsten Anzahl verketteter Blöcke folgen sollten. Nach dieser Regel gewinnt der Fork, der eine größere Mining-Aktivität und -Beteiligung aufweist, den Konsens. Der Grundgedanke ist, dass die längste Kette vermutlich die größte Mining-Leistung anzieht und die dominierende Validator-Perspektive widerspiegelt. Angreifer können diese Metrik jedoch potenziell manipulieren, indem sie ungültige Blöcke aggressiv schneller abbauen als ehrliche Miner. Da die Länge allein keine Gültigkeit garantiert, setzt die ausschließliche Verwendung dieser Regel das Netzwerk einem Risiko aus. Daher wurden ausgefeiltere Fork-Choice-Regeln entwickelt, um die Longest-Chain-Regel in Ethereum zu ersetzen.
Welche Einschränkungen gibt es bei der Verwendung der Längstkettenregel?
Die Longest-Chain-Regel weist mehrere Schwächen auf, die verbesserte Fork-Choice-Protokolle erforderlich machen. Am kritischsten ist, dass es anfällig für Angriffe durch böswillige Miner ist, die lediglich eine ausreichende Hash-Rate benötigen, um schnell einen ungültigen Fork vor der aktuellen Kette zu schürfen. Dadurch können sie Knoten dazu verleiten, ihre unzulässige Abzweigung als ehrliche kanonische Kette zu akzeptieren. Darüber hinaus berücksichtigt die Longest-Chain-Regel andere Faktoren wie Gültigkeit und Community-Akzeptanz nicht, die die Legitimität einer Kette besser anzeigen. Es bietet auch keine Mechanismen zum Schutz vor Double-Spend-Angriffen über Forks hinweg. Aus diesen Gründen ist Ethereum auf robustere Fork-Auswahlregeln wie GHOST umgestiegen, die mehr Datenpunkte abfragen, um die Fork-Gültigkeit festzustellen.
Wie verbessert das GHOST-Protokoll die Longest-Chain-Regel?
GHOST (Greedy Heaviest Observed SubTree) erhöht die Sicherheit, indem beim Wiegen von Ketten mehr Gabeldaten als nur die Länge einbezogen werden. Zusätzlich zur Hauptkette berücksichtigt GHOST „Onkel“-Blöcke – verwaiste Blöcke, die abgebaut wurden, aber nicht in der Hauptkette enthalten sind. Durch die Berücksichtigung von Onkel-Blöcken erstellt GHOST eine umfassendere Darstellung der Miner-Aktivität, um seine Bewertungen vorzunehmen. Ketten erhalten mehr „Gewicht“, indem sie auf einen größeren Anteil von Onkeln verweisen, was es schwieriger macht, sie außer Kraft zu setzen. Dies bedeutet, dass Ketten, die sich auf einen größeren Anteil an Onkeln beziehen, als mehr Gewicht gelten, da sie mehr Arbeit und Mühe der Bergleute darstellen. Daher sind diese Ketten schwieriger zu überschreiben, da dies mehr Rechenleistung und Aufwand erfordern würde, um eine längere Kette zu erstellen. Dies bietet einen umfassenderen Kontext zur Identifizierung des dominanten Forks und verhindert so geheime Mining-Angriffe, die im Rahmen der Longest-Chain-Regel möglich sind. Im Wesentlichen verbessert GHOST die Genauigkeit, indem es eine ganzheitlichere Momentaufnahme der Netzwerkaktivität bewertet.
Was sind Uncle Blocks in Ethereum und wie verwendet GHOST sie?
In Ethereum beziehen sich Onkelblöcke auf gültige Blöcke, die abgebaut wurden, aber nicht in der Hauptkette enthalten sind. Normalerweise geschieht dies, weil zwei Miner zu ähnlichen Zeiten Blöcke produzieren und der erste gewinnt. Diese verwaisten „Onkel“-Blöcke können immer noch nützliche Signale über die Knotenaktivität liefern, obwohl sie in der Blockchain weggelassen werden. GHOST macht sich dies zunutze, indem es Forks, die auf mehr Onkel verweisen, eine größere Gewichtung zuweist. Das bedeutet, dass Miner einen Fork nicht einfach dadurch stärken können, dass sie neue Blöcke isoliert abbauen. Sie müssen einen größeren Anteil an Onkeln gewinnen, die Unterstützung bezeugen. Auf diese Weise nutzt GHOST Onkel, um ein informationsreicheres Bild für eine zuverlässige Fork-Auswahl zu zeichnen.
Wie hat EIP-155 die Fork-Choice-Regel geändert, um Replay-Angriffe zu verhindern?
Trotz der Verbesserungen durch GHOST blieb Ethereum anfällig für Replay-Angriffe, bei denen Transaktionen unrechtmäßig über gespaltene Ketten erneut übertragen werden konnten. Um dieses Problem zu lösen, wurde mit dem EIP-155-Vorschlag das Signaturschema in Ethereum geändert, um Transaktionen an einen bestimmten Fork zu binden. Dadurch wird die Fork-Auswahlregel dahingehend geändert, dass Transaktionen mit der Fork-spezifischen Ketten-ID signiert werden müssen. Jetzt können Transaktionen, die als ungültig markiert sind, nicht über divergierende Forks hinweg wiedergegeben werden. Durch die Bindung von Transaktionen an eine bestimmte Kette verhindert EIP-155 Cross-Fork-Replay-Angriffe, die andernfalls die Legitimität gefährden könnten.
Wie hat sich die Fork-Choice-Regel nach der Implementierung von Ethereum 2.0 entwickelt?
Die Ethereum-Merge, die am 15. September 2022 durchgeführt wurde, markiert eine bedeutende Änderung in der Architektur von Ethereum. Die Fusion beinhaltete die Fusion des ursprünglichen Ethereum-Mainnets mit der Beacon Chain, einer separaten Proof-of-Stake-Blockchain. Infolgedessen wurde der Proof-of-Work dauerhaft durch den Proof-of-Stake ersetzt, was die Abhängigkeit von der Mining-Leistung verringert und den Energieverbrauch erheblich senkt. Der Zusammenschluss führte auch neue Ansätze für die Auswahl von Forks ein, um die Sicherheit aufrechtzuerhalten, da die geplante Beacon-Kette einen Shard-übergreifenden Konsens erleichtert. Die Fork-Choice-Regel muss nun Validierungssignale in der Beacon-Kette, den Shard-Ketten und der Ausführungsschicht abtasten, um die Sicherheit aufrechtzuerhalten. Während Ethereum voranschreitet, muss sich die Fork-Choice-Regel weiterentwickeln, um dieses neue technische Terrain zu unterstützen. Der Zusammenschluss ist der Beginn einer neuen Phase der Entwicklung von Ethereum, und die Ethereum-Community wird weiterhin Innovationen hervorbringen und Lösungen entwickeln, um die Sicherheit und Widerstandsfähigkeit des Netzwerks zu verbessern.
