真实的拜占庭容错共识阈值并非33%

一项由Hudu Yusuf在ethresear.ch上发布的新研究质疑了影响以太坊及整个DeFi行业安全性的两个支柱：拜占庭容错共识的运作方式以及预言机决定发布内容的方式。其核心论点简单明了，但后果深远：如果验证者的行为完全相同，他们的实际投票价值远低于他们所持有的名义质押。并且，如果一个预言机总是发布某个数据，即使该数据存在疑点，它实际上是在系统性地选择对抗一个决心坚定的攻击者的最差选项。

关键点

• 协调崩溃：当验证者之间的相关性抵消投票时
  • 基于行为多样性的加权BFT基础
  • 以太坊案例及标准BFT脆弱性的模拟
• 结构化沉默：DeFi预言机的新策略
  • 操作模型及其背后的沉默策略证明
  • 沉默预言机策略的影响
• 开放挑战：从理论到实施
  • 将共识和预言机适应新逻辑
  • 仍需解决的风险和权衡
• 常见问题
  • 为什么行为相关性降低了DW-BFT中的实际投票权重？
  • 沉默预言机策略如何改善价格操控的防御？
  • 实施DW-BFT和沉默策略的主要困难是什么？
  • 为什么“总是发布”的预言机尽管广泛存在仍然脆弱？

关键点 {#Punti_chiave}

• 行为几乎相同的验证者，其实际投票权重趋近于零，无论其名义质押是多少。
• 以太坊上三大质押实体控制着57.2%的名义质押，但根据DW-BFT模型，其实际投票权重仅为15.7%。
• 仅凭22.3%的名义质押的验证者，因行为多样性，实际投票权重超过60.2%。
• 当前所有在生产中的预言机，从Chainlink到Pyth，都使用“总是发布”的策略，因此在构建上存在脆弱性。

协调崩溃：当验证者之间的相关性抵消投票时 {#Crollo_della_coordinazione_quando_la_correlazione_tra_validatori_annulla_il_voto}

作者称之为定理1或“协调崩溃”的第一个结果表明，在任何加权的拜占庭容错共识系统中，行为几乎相同的验证者群体，其实际投票权重随着他们之间的相关性增加而趋向于零，无论他们持有多少名义质押。

基于行为多样性的加权BFT基础 {#I_fondamenti_del_BFT_pesato_per_diversita_comportamentale}

所提出的模型，称为DW-BFT，不仅根据每个验证者的质押s_j来加权投票。它引入了第二个因素，即行为多样性d_j，通过比较每个验证者的行为向量（证明时间、MEV-Boost中继选择、参与重组）与整个验证者集的平均值来计算。因此，实际投票权重成为质押与多样性的乘积，并在总数上进行归一化。实际概念是，两个总是以相同方式投票并以相同方式构建区块的验证者并不代表两个独立的信息源，而是一个信息源，在标准系统中被计算了两次。

以太坊案例及标准BFT脆弱性模拟 {#Il_caso_Ethereum_e_le_simulazioni_sulle_fragilita_del_BFT_standard}

将模型应用于当前的以太坊验证者集，研究计算出前三个存款份额的实体控制着57.2%的名义质押，但在DW-BFT下仅控制15.7%的实际权重。相反，仅分散的验证者名义上只持有22.3%的质押，却控制着超过60.2%的实际投票权，正因为它们彼此独立地运作。这是一个显著的颠覆：在标准拜占庭容错共识下，这三家实体已经超过了理论上的33%阈值，原则上可以确认无效区块。

为什么这很重要：以太坊隐含的安全边际因此并不是33%，而是在考虑到大型质押运营者之间的实际行为相关性后，实际上是个位数百分比。作者进行的模拟显示，在不同的Sybil验证者相关性水平下进行10,000次攻击尝试时，标准BFT在卡特尔内部相关性完美时达到100%的成功率，而DW-BFT在相同条件下降至0%。

结构化沉默：DeFi预言机的新策略 {#Il_silenzio_strutturato_una_nuova_strategia_per_gli_oracle_DeFi}

研究的第二个结果，即关于“结构化沉默的最优性”的定理2，确定了一种能够在不确定条件下保持发布的沉默预言机策略明显优于任何始终发布值的策略，当存在能够暂时操纵观察信号的对手时。

操纵模型及沉默策略背后的证明 {#Il_modello_di_manipolazione_e_la_dimostrazione_dietro_la_strategia_silenziosa}

该机制基于一种一致性度量，称为C_t，衡量当前观察与资产的历史行为积累的一致性：跨交易所流动、钱包架构的稳定性、MEV模式、时间熵。当一致性低于定义的阈值时，预言机不会发布价格，而是保留数据，同时显示有用的元数据，例如与阈值的差距和恢复时间的估计。数学证明表明，如果错误发布造成的损失超过简单延迟造成的损失，则通过不一致信号拦截的每次攻击都会减少相对于始终发布的预言机的整体损失。由于每个对手都有有限的预算，因此每当检测到至少一次操纵尝试时，沉默策略的效果就会显著提升。

沉默预言机策略的影响 {#Implicazioni_della_strategia_silent_oracle}

沉默预言机策略代表了当前预言机的范式转变。如今所有在生产中的预言机，从Chainlink到Pyth、UMA、Band、API3和RedStone，都使用“始终发布”的策略，优先考虑数据的持续可用性而非其完整性。定理2证明，在存在能够暂时操纵观察信号的活跃对手时，这一目标是次优的。那些在操纵价格上清算头寸的DeFi协议“因为总是需要一个数字”并不稳健，而是由于设计上的脆弱而显得脆弱。

开放的挑战：从理论到实施 {#Le_sfide_aperte_dalla_teoria_allimplementazione}

翻译这些结果在实践中需要在BFT共识的弹性协议和预言机架构上进行深刻的变革，作者本人也明确列出了提案可能存在的问题。

适应新逻辑的共识与预言机 {#Adattare_consenso_e_oracle_alla_nuova_logica}

实施DW-BFT意味着修改Casper FFG的最终机制，以根据行为多样性d_j而非仅仅是质押s_j来加权投票：一个始终以相同方式投票的卡特尔不应按其质押的倍数加权，而应视为一个单一投票。同时，将沉默作为有效输出要求DeFi协议学会在没有预言机数据的情况下处理缺失数据，而不会崩溃或混乱地阻止清算：这是一个打破现有所有消费者预言机假设的变化。

仍需解决的风险与权衡 {#Rischi_e_compromessi_ancora_da_risolvere}

作者诚实地承认了几个弱点。一个对手可能会分裂成千个行为略有不同的实体，然后在攻击时协调，这种风险被称为sybil去相关性，目前尚无正式的抗性证明。此外，还有担忧DW-BFT会惩罚诚实的验证者，当所有人都正确投票于同一链时，产生合法的相关性：提出了一种基于基线减法的启发式解决方案，但仍缺乏严格的证明。在预言机方面，一致性度量C_t可能成为操纵的目标，尽管这需要的资本估计是直接攻击价格的40到60倍。最后，关于在每个特定用例中如何划定沉默阈值的问题仍然悬而未决，从借贷市场到永续协议。

FAQ {#FAQ}

为什么行为相关性会降低DW-BFT中的有效投票权重？ {#Perche_la_correlazione_comportamentale_riduce_il_peso_di_voto_effettivo_in_DW-BFT}

因为当多个验证者的行为向量几乎相同时，它们与集合平均值的相关性接近1，且多样性因子d_j趋近于零，从而降低有效权重，无论持有的名义质押如何。

沉默预言机策略如何改善对价格操纵的防御？ {#In_che_modo_la_strategia_silent_oracle_migliora_la_difesa_dalla_manipolazione_dei_prezzi}

通过在一致性度量显示不确定性时延迟发布，预言机避免传播被操纵的值，从而减少与始终发布的策略相比的预期损失，即使在数据受到损害的情况下。

实施DW-BFT和沉默策略的主要困难是什么？ {#Quali_sono_le_principali_difficolta_nellimplementare_DW-BFT_e_la_strategia_del_silenzio}

需要调整共识协议以根据行为多样性加权投票，修改DeFi协议以能够处理缺失的预言机数据，并防御新的攻击向量，如sybil去相关性和一致性度量操纵。

为什么尽管普及，始终发布的预言机仍然脆弱？ {#Perche_gli_oracle_always-publish_restano_vulnerabili_nonostante_la_diffusione_capillare}

因为它们优先考虑数据的持续可用性而非其完整性，即使在对手操纵期间也始终发布一个值，这使得攻击者能够利用过时或被篡改的反馈。

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