VIT:Vitalik:协议设计中的“封装复杂性” vs. “系统复杂性”

以太坊协议设计的主要目标之一是最小化复杂性:使协议尽可能简单,同时仍然使区块链能够做好一个有效的区块链网络需要做到的事情。以太坊协议在这方面还远远不够完美,特别是因为它的很多部分都是在 2014-16 年设计的,当时我们对它的理解要少得多,但我们仍然在尽可能地积极努力降低复杂性。

然而,这个目标的挑战之一是复杂性很难定义,且有时,你必须在两个引入不同种类复杂性和具有不同代价的选择之间进行权衡。我们如何比较?

有一个强大的智能工具可以让我们对复杂性进行更细致的思考,那就是区分我们所谓的封装复杂性?(encapsulated complexity) 和系统复杂性?(systemic complexity)。

当一个系统的子系统内部复杂,但向外部呈现一个简单的“接口” (interface) 时,就是出现了「封装复杂性」。当系统的不同部分甚至不能被清晰地分开,并且相互之间有复杂的交互时,「系统复杂性」就出现了。

元宇宙基础设施提供商MetaGravity完成950万美元融资:金色财经报道,元宇宙基础设施提供商MetaGravity完成950万美元种子轮融资,本轮融资由Sino Global、Spartan Group LLC、Market One Capital等参投,本轮融资资金将用于扩大其工程和产品团队,以开发支持未来大规模虚拟宇宙体验所需的基础设施层。[2023/4/21 14:17:58]

以下是几个例子。

BLS 签名 vs. Schnorr?签名

BLS 签名和 Schnorr 签名是两种常用的可由椭圆曲线构成的加密签名方案。

BLS 签名在数学上看起来非常简单:

H 是一个哈希函数,m 是消息,k 和 K 是私钥和公钥。到目前为止,很简单。然而,真正的复杂性隐藏在 e 函数的定义中:椭圆曲线配对(elliptic curve pairings),这是所有密码学中最难以理解的数学部分之一。

声音 | Kevin Davitt:比特币期货波动率创历史新低:据marketwatch消息,Cboe Global Markets期权研究所高级分析师Kevin Davitt表示,截至10月26日的一周是近一年前推出比特币期货以来波动最小的一周,10月份XBT期货的平均每周波动率约为6.6%,远低于自成立以来的平均水平15.65%。[2018/11/6]

现在,我们来看看 Schnorr 签名。Schnorr 签名只依赖于基本的椭圆曲线。但是签名和验证逻辑有点复杂:

所以…哪种类型的签名“更简单”?这取决于你在乎什么!BLS 签名具有巨大的技术复杂性,但复杂性都隐藏在 e 函数的定义中。如果你把 e 函数看作一个黑盒,BLS 签名实际上是非常简单的。另一方面,Schnorr 签名的总体复杂性较低,但有更多的部分,能以一种微妙的方式与外部世界互动。

例如:

进行 BLS 多签 (两个密钥 k1 和 k2 的组合签名) 很简单:只需 σ1+σ2。但是 Schnorr 多签名需要两轮交互,并且需要处理一些棘手的 Key Cancellation 攻击。

动态 | Vitalik Buterin或将退居幕后:11月2日消息,近日,在以太坊基金会主办的会议Devcon上,Buterin在会议中表示,他应该开始退居幕后了,这是“社区发展的重要一步”。为什么呢?简单来说,在一个真正去中心化的系统中,不应该存在一个足以击垮整个系统的部分。[2018/11/2]

Schnorr 签名需要生成随机数,BLS 签名不需要。

椭圆曲线配对通常是一个强大的“复杂性海绵”,因为它们包含大量封装复杂性,但使解决方案具有更少的系统复杂性。这也适用于多项式承诺领域:将 KZG 承诺 (需要配对) 的简单性与更复杂的内积证明 (inner product arguments,不需要配对) 的内部逻辑进行比较。

密码学 vs. 加密经济学

在许多区块链设计中出现的一个重要设计选择是密码学 (cryptography) 与加密经济学 (cryptoeconomics) 的比较。这 (比如在 Rollups 中) 常常是在有效性证明 (即 ZK-SNARKs) 和欺诈证明之间做出选择。

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这个树结构是复杂的,但在一开始,这种复杂性似乎被很好地封装:协议的其余部分作为可读写的键/值存储与树交互,所以我们不必担心树是如何构造的。

然而,后来,这种复杂性被证明具有系统性影响:帐户拥有任意大的存储树的能力意味着没有办法可靠地期望某个特定的状态部分 (例如。“所有以 0x1234 开头的帐户”) 具有可预测的大小。这使得将状态分割成多个部分变得更加困难,使同步协议的设计和分布存储进程的尝试变得更加复杂。为什么封装复杂性会变成系统性的?因为 interface 改变了。解决方法是什么?目前转向 Verkle 树的提议还包括转向一个均衡的单层树设计。

最终,在任何给定的情况下,哪种类型的复杂性更受欢迎是一个没有简单答案的问题。我们所能做的最好的事情是适度地支持封装复杂性,但不要太多,并在每个具体的情况下演练我们的判断。有时候,牺牲一点系统复杂性来极大地降低封装复杂性确实是最好的做法。其他时候,你甚至会误判什么是封装的,什么不是。每种情况都是不同的。

撰文:Vitalik Buterin,以太坊联合创始人

编辑:南风

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