33%ではない：ビザンチンフォールトトレランスの実際の合意閾値は一桁

新しい研究がethresear.chにHudu Yusufによって発表され、Analysの研究者がEthereumとDeFi全体のセキュリティを規定する二つの柱に疑問を投げかけています。それは、ビザンチンフォールトトレランスの合意がどのように機能するか、そしてオラクルが何を公開するかを決定する方法です。中心的な主張は簡潔に述べられますが、その結果は重大です：バリデーターが同一の行動をとる場合、彼らの実際の投票は、彼らが保有する名目上のステークが示唆するよりもはるかに価値が低くなります。また、オラクルが常にデータを公開する場合、そのデータが疑わしいものであっても、彼らは決定的な攻撃者に対して常に最悪の選択肢を選んでいることになります。

要点

• 協調崩壊：バリデーター間の相関が投票を無効にする時
  • 行動の多様性に基づくBFTの基礎
  • Ethereumのケースと標準BFTの脆弱性に関するシミュレーション
• 構造的沈黙：DeFiオラクルのための新しい戦略
  • 操作モデルと沈黙戦略の背後にある証明
  • サイレントオラクル戦略の含意
• 未解決の課題：理論から実装へ
  • 新しい論理に合った合意とオラクルの適応
  • まだ解決されていないリスクとトレードオフ

FAQ

• なぜ行動の相関がDW-BFTにおける実際の投票の重みを減少させるのか？
• サイレントオラクル戦略は価格操作からの防御をどのように改善するのか？
• DW-BFTと沈黙戦略を実装する上での主な困難は何か？
• なぜオラクルが常に公開する場合、脆弱性が残るのか？

要点 {#要点}

• 行動がほぼ同一のバリデーターは、名目上のステークに関係なく、実際の投票の重みがゼロに近づく。
• Ethereumの三大ステーキングエンティティは、57.2%の名目上のステークを管理しているが、DW-BFTモデルによれば、実際の重みは**15.7%**に過ぎない。
• バリデーターは、わずか22.3%の名目上のステークで、行動の多様性により実際の投票力の**60.2%**以上を制御することができる。
• 現在運用中のすべてのオラクル（ChainlinkからPythまで）は「常に公開」戦略を使用しており、したがって構造上脆弱である。

協調崩壊：バリデーター間の相関が投票を無効にする時 {#協調崩壊バリデーター間の相関が投票を無効にする時}

著者が「定理1」または「協調崩壊」と呼ぶ最初の結果は、重み付けされたビザンチンフォールトトレランスの合意システムにおいて、行動がほぼ同一のバリデーターのグループが、彼らの間の相関が高まるにつれて、実際の投票の重みがゼロに近づくことを示しています。これは、彼らがどれだけの名目上のステークを持っているかに関係なくです。

行動の多様性に基づくBFTの基礎 {#行動の多様性に基づくBFTの基礎}

提案されたモデル、DW-BFTは、各バリデーターのステークs_jに基づいて投票を重み付けするだけではありません。行動の多様性d_jという第二の要因を導入し、各バリデーターの行動ベクトル（証明のタイミング、MEV-Boostのリレー選択、再編成への参加）を全バリデーターの平均と比較して計算します。実際の投票の重みは、ステークと多様性の積となり、合計で正規化されます。実際の概念は、常に同じ方法で投票し、同じようにブロックを構築する二人のバリデーターは、二つの異なる情報源ではなく、システムによって二回カウントされる一つの情報源を表すということです。

イーサリアムのケースとBFT標準の脆弱性に関するシミュレーション {#Il_caso_Ethereum_e_le_simulazioni_sulle_fragilita_del_BFT_standard}

現在のイーサリアムのバリデーターセットにモデルを適用すると、研究は、最初の3つのエンティティが57.2%の名目ステークを制御しているが、DW-BFTの下ではわずか15.7%の実際の重みしか持っていないと計算しています。逆に、名目上は**22.3%**のステークしか持たない分散されたバリデーターは、互いに独立して行動するため、60.2%を超える実際の投票権を制御することになります。これは重要な逆転です：標準的なビザンチンフォールトトレランスの下では、これらの3つのエンティティはすでに理論的な33%の閾値を超えており、原則として無効なブロックを確定させることができます。

なぜ重要か：イーサリアムが暗黙的に仮定する安全マージンは、したがって33%ではなく、実際には大規模なステーキングオペレーター間の実際の行動相関を考慮すると、単一の数字のパーセンテージになります。著者が行ったシミュレーションでは、シビルバリデーター間の相関が異なるレベルでの攻撃を10,000回試みた結果、内部カルテルの相関が完璧な場合、標準的なBFTは100%の成功率に達する一方、DW-BFTは同じ条件下で0%に低下します。

構造的沈黙：DeFiオラクルのための新しい戦略 {#Il_silenzio_strutturato_una_nuova_strategia_per_gli_oracle_DeFi}

研究の第二の結果である「構造的沈黙の最適性」に関する定理2は、不確実性の条件下で発表を控えることができるサイレントオラクル戦略が、常に値を発表する戦略を明確に支配することを示しています。これは、一時的に観測信号を操作できる敵が存在する場合です。

操作モデルとサイレント戦略の背後にある証明 {#Il_modello_di_manipolazione_e_la_dimostrazione_dietro_la_strategia_silenziosa}

このメカニズムは、C_tと呼ばれる一貫性の指標に基づいており、現在の観測が資産の蓄積された行動履歴とどれだけ一致しているかを測定します：クロスエクスチェンジフロー、ウォレットアーキテクチャの安定性、MEVパターン、時間的エントロピー。整合性が定義された閾値を下回ると、オラクルは価格を発表せず、データを保持しますが、閾値に対するギャップや回復時間の推定などの有用なメタデータを表示します。数学的証明は、誤った発表による損失が単なる遅延による損失を上回る場合、整合性の信号を介して捕らえられた攻撃が、常に発表するオラクルに対して全体的な損失を減少させることを示しています。すべての敵には有限の予算があるため、サイレント戦略は少なくとも1回の操作試行を検出するたびに厳密に優れています。

サイレントオラクル戦略の影響 {#Implicazioni_della_strategia_silent_oracle}

サイレントオラクル戦略は、現在のオラクルに対するパラダイムシフトを表しています。Chainlink、Pyth、UMA、Band、API3、RedStoneなど、現在運用中のすべてのオラクルは、データの整合性よりも継続的な可用性を優先する「常に発表」戦略を使用しています。定理2は、観測信号を一時的に操作できる敵が存在する場合、この目標が最適でないことを示しています。操作された価格でポジションを清算するDeFiプロトコルは「常に数が必要だから」と言いますが、設計上単に脆弱です。

オープンな課題：理論から実装へ {#Le_sfide_aperte_dalla_teoria_allimplementazione}

これらの結果を実践に翻訳するには、BFTコンセンサスのレジリエンスプロトコルとオラクルのアーキテクチャの両方において深い変更が必要であり、著者自身も提案がうまくいかない可能性のあるポイントを明示的に挙げています。

新しい論理へのコンセンサスとオラクルの適応 {#新しい論理へのコンセンサスとオラクルの適応}

DW-BFTを実装することは、Casper FFGの最終化メカニズムを、ステークs_jだけでなく、行動の多様性d_jに基づいて投票を重み付けするように変更することを意味します。常に同じ方法で投票するカルテルは、自身のステークを掛けるように重み付けされるべきではなく、単一の投票として扱われるべきです。同時に、サイレントを有効な出力として採用するには、DeFiプロトコルがクラッシュしたり、混乱した清算をブロックしたりせずに、欠落したオラクルデータを管理する方法を学ぶ必要があります。これは、既存のすべてのコンシューマオラクルの仮定を破る変更です。

解決すべきリスクとトレードオフ {#解決すべきリスクとトレードオフ}

著者は、いくつかの弱点を正直に認めています。敵は、わずかに異なる行動を持つ千のエンティティに分割され、攻撃時にのみ調整する可能性があります。これは、シビルの非相関として知られるリスクであり、まだ正式な耐性の証明は存在しません。また、DW-BFTが、すべてのバリデーターが同じチェーンに正しく投票する場合に、正直なバリデーターを罰する可能性があることを懸念しています。これは正当な相関を生むことになります。ベースラインの減算に基づくヒューリスティックな解決策が提案されていますが、厳密な証明は欠けています。オラクルの面では、一貫性のメトリックC_tが操作のターゲットになる可能性がありますが、直接的な価格攻撃に対して40〜60倍の資本が必要とされるでしょう。最後に、貸出市場から永久プロトコルまで、特定の使用ケースごとにサイレントの閾値をどこに設定するかについての疑問が残ります。

FAQ {#FAQ}

なぜ行動の相関がDW-BFTにおける実際の投票の重みを減少させるのか？ {#なぜ行動の相関がDW-BFTにおける実際の投票の重みを減少させるのか}

なぜなら、複数のバリデーターの行動ベクトルがほぼ同一である場合、彼らのセットの平均との相関が1に近づき、多様性因子d_jがゼロに近づくため、名目上のステークに関係なく実際の重みが減少するからです。

サイレントオラクル戦略は、価格操作からの防御をどのように改善するのか？ {#サイレントオラクル戦略は、価格操作からの防御をどのように改善するのか}

一貫性のメトリックが不確実性を示すときに公開を控えることで、オラクルは操作された値を広めるのを避け、常に公開する戦略に比べて期待される損失を減少させます。

DW-BFTとサイレント戦略の実装における主な困難は何か？ {#DW-BFTとサイレント戦略の実装における主な困難は何か}

コンセンサスプロトコルを行動の多様性に基づいて投票を重み付けするように適応させ、DeFiプロトコルを欠落したオラクルデータを管理できるように変更し、シビルの非相関や一貫性メトリックの操作などの新しい攻撃ベクトルから防御する必要があります。

なぜオラクルの常時公開は、広範な普及にもかかわらず脆弱であり続けるのか？ {#なぜオラクルの常時公開は、広範な普及にもかかわらず脆弱であり続けるのか}

なぜなら、データの整合性よりも継続的な可用性を優先し、敵の操作中でも常に値を公開するため、攻撃者が古いまたは変更されたフィードを利用できるからです。

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