针对权益证明共识机制的攻击以及应对措施综述

刘 亚，沈致远，赵逢禹

(上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093)

1 引 言

2008年，中本聪(Nakamoto)提出一种分散式数字货币比特币，比特币自2009年部署以来已引起学术界和行业的广泛关注.截至2018年4月，比特币市值约为1500亿美元，每天确认交易总数超过15万笔，是迄今为止最成功的加密货币，加密货币也因此备受学术界关注[1].作为比特币的核心技术，区块链在金融业、农业、医学、军事、工业等多个领域得到了广泛地应用[2-4].而共识机制作为区块链的核心技术，是区块链安全的基础和研究重点，加强对共识机制的研究可以完善现有的区块链系统，丰富其附加的生态环境.共识机制源于分布式计算，其目标致力于分布式节点针对某个特定的问题达成一致的意见，而其在区块链中则为区块信息一致意见的达成.共识机制最早源于“两将军问题”[5]，随后演化为“拜占庭将军问题”[6]，为了解决这个问题，拜占庭容错协议(Practical byzantine fault tolerance，PBFT)算法被提出[7].比特币是采用了工作量证明(Proof of Work，PoW)的区块链协议，节点通过“挖矿”来达到共识.尽管工作量证明协议标志着分布式共识的重大突破，但依赖昂贵的工作量证明组件会导致能源的巨大浪费.因此，找到一种比工作量证明耗费能源少的共识机制迫在眉睫.

权益证明(Proof of Stake，PoS)作为最有潜力的替代工作量证明的共识机制被学术界广泛研究，如Ouroboros[8]和Snow White[9].与此同时，委员会制度的共识机制如Algorand[10]，空间证明的共识机制如Spacemint[11]，时空证明的共识机制(Proof 吗，of Space Time)[12]，权益委托证明……