TrueBit白皮書解讀

以太坊能夠被描述爲一個使用區塊鏈的分佈式全球計算機。它容許開發者把代碼上傳到區塊鏈中，礦工共同執行並確保結果的正確性，做爲報酬，開發者須要付出必定量的以太幣，稱爲gas。以太坊經過全網驗證的辦法保證智能合約的正確執行，保證了安全性，做爲代價，須要付出大量的算力，驅動這麼一臺巨型機器，所需gas價值不菲。

TrueBit是區塊鏈鏈外擴容的方案之一，正如它的口號Fuel your imagination同樣，其設計初衷是解決以太坊智能合約的gas限制。

TrueBit基本原理很簡單：

用戶上傳本身所需執行的代碼，某個外包商代爲執行並賺取佣金，其它人監督代碼執行的正確性，以太坊經過智能合約做爲終極仲裁，獎善罰惡。造假者會得到經濟懲罰，因此在絕大多數狀況下，外包商會誠實的執行代碼並提供正確的結果，鏈上節點無需完整驗證，從而大大減輕了鏈上的計算負擔，也就節省了用戶的gas消耗。

流程以下：

1. 用戶（下文稱爲Task Giver）上傳須要執行的代碼（下文成爲任務），並提供佣金。

2.鏈外第三方（下文稱爲Solver）發現這個任務，認爲佣金能夠接受，執行計算任務並答公示運算結果，同時提供一筆保證金。

3.另外的第三方驗證者（下文稱爲Verifier）從新執行任務，若是發現Solver造假，能夠發起挑戰，一樣須要提供一筆保證金。

4.經過鏈上的智能合約讓Solver和Verifier玩一個驗證遊戲（verification game），經過Task Giver在鏈上提供的執行代碼驗證答案真僞，提供正確答案的一方獲取佣金，造假的一方從保證金中支付整個驗證過程所需的gas。

5.若是一段時間內沒有人能提供證據證實Solver造假，Solver得到佣金。

注意在上述過程當中，佣金能夠設置成比正常在鏈上執行所需的gas少，保證金則至少設置爲足以完整在鏈上執行該智能合約。

若是你只是想了解一下TrueBit，閱讀到這裏就能夠結束了。

若是你想知道TrueBit真正精妙之處，如今纔剛剛開始。

在這個系統中，咱們仍然須要解決兩個問題。

第一個問題被稱爲驗證者困境，TrueBit設計的目標之一是要解決驗證者困境問題。

咱們知道，pow挖礦會對出礦的礦工給予獎勵，而負責校驗的礦工則沒有任何收益。這在通常的交易場景下沒有問題，由於校驗礦工所付出的算力頗有限。可是若是涉及到比較複雜的智能合約，驗證礦工就面臨一個兩難的選擇：

• 老老實實地完整執行腳本會白白浪費寶貴的算力，在下一區塊的競爭中輸在了起跑線上；

• 直接經過校驗並加到鏈上，節省了算力，可是有站錯隊的可能，在後續的競爭選擇了一個錯誤的跑道。

上述TrueBit流程裏，當Solver和Verifier發生爭執時，以太坊充當仲裁法庭的角色，鏈上須要從新執行用戶提供的智能合約，此時，驗證礦工一樣面臨上述的兩難困境。

TrueBit採用的方法是計算分段，先把整個計算過程分紅t段，定位出Solver和Verifier發生爭議的最先一段代碼，那麼仲裁者只要執行這一段代碼便可判別真僞，鏈上執行的計算能夠減小爲原來的1/t。

那麼，接下來的問題就是怎麼找到這段問題代碼。TrueBit採用了分段查找的辦法，咱們舉個栗子說明：

1.Solver選擇C，把t段計算均勻分紅C份，下圖中咱們以C=5做爲例子

2.Solver把參數C和每一段計算後的圖靈狀態哈希後上鏈

3.Verifier根據C執行一樣的過程，比對哈希，找到最先發生不一致的位置，好比說下圖的第四段

4.遞歸上述流程，通過log(t)/log(C)輪協商最終定位出問題點

經過上述方法，能夠有效的減小發生爭議時的鏈上計算量，也就間接解決了礦工的驗證者困境問題，固然它付出的代價是須要更長的時間解決爭議。

第二個問題涉及到Verifier的生態設計

由於TrueBit的懲罰機制，絕大多數Solver都會提供正確的執行結果，這樣會致使一個結果就是Verifier無利可圖。Verifier在整個生態裏是保證安全性的重要一環，若是沒有人願意充當這個角色，會破壞整個系統的安全性。

爲了保證生態，TrueBit設計了一個稱爲累積獎金（jackpot）的機制。

基本原理就是，系統隨機選擇部分提案，要求Solver給出錯誤的答案（稱爲forced error），當有Verifier提出挑戰時，Solver不會受到懲罰，而Verifier則會得到Jackpot做爲獎勵。

這個隨機選擇方法須要知足下面幾個條件：

1.Task Giver不能在提交任務以前知道選擇的結果，防止人爲刷獎勵

2.Solver不能在提交答案以前知道選擇結果，防止Solver偷懶跳過正確答案的計算

3.Verifier不能在發起挑戰前知道選擇結果，防止Verifier選擇性驗證

TrueBit給出的答案就是經過兩個因子來決定隨機選擇結果，一個因子是Solver選擇的私密隨機數，只有在被挑戰時纔會公示，另外一個是Solver提交答案所在區塊的哈希。經過後者，能夠保證全部人在Solver提交答案前知道選擇結果，也就是上述一、2點，經過前者，能夠保證上述第3點。

整個流程以下：

1.Task Giver建立任務

2.Solver執行計算，同時提供一個正確的答案和一個錯誤的答案，但不展現

3.兩個答案上鍊之後，Solver根據塊哈希和手中的隨機數解籤兩個答案中的一個

3.Verifier校驗Solver提供的答案，並提出挑戰

4.Solver提供手上隨機數證實是系統「Forced error」

5.Verifier得到Jackpot，Solver免受懲罰

Jackpot的資金來源於任務的佣金，從全部任務的佣金中抽取一部分放到獎金池子中，稱爲稅收，每次中獎的Verifier獲取池子裏部分獎金。合理設置稅收和中獎比例，能夠保證Verifier有利可圖，從而維持生態圈健康運做。稅收和中獎比例高，會增長Verifier的數量，提升系統安全性，但相應的，會損害Task Giver的積極性；反之，節省Task Giver成本的同時會下降系統總體安全，最終也是一個trade-off。

本文來源：簡書

做者：元家昕

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