합의

Plasma는 Rust로 작성된 Fast HotStuff의 고성능 구현체인 PlasmaBFT로 보호됩니다. 이는 비잔틴 장애 허용(BFT) 합의의 안전성과 낮은 지연 시간의 최종성을 결합하여, 스테이블코인 규모의 애플리케이션에 필요한 높은 처리량과 결정론적 보장을 제공합니다. 합의는 모듈식이며 Plasma의 Reth 기반 실행 계층과 긴밀하게 통합되도록 설계되었습니다. 블록 최종성은 최소한의 통신 오버헤드로 몇 초 안에 달성되며, 검증자 선택은 성능과 예측 가능한 동작에 최적화된 단순화된 Proof of Stake 시스템에 의해 결정됩니다.

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개요

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블록 생성 및 검증자 선택

Plasma는 검증자 선택을 위해 Proof of Stake 메커니즘을 사용합니다. 다른 PoS 네트워크와 달리 Plasma의 스테이킹 모델은 단순성과 예측 가능성을 위해 설계되었습니다:

• 부적절한 행동을 한 검증자는 담보가 아닌 보상이 슬래시됩니다
• 검증자는 라이브니스 실패로 인해 처벌받지 않습니다
• 지연 없이 스테이크를 인출할 수 있는 선택적 무락(no-lock) 스테이킹을 검토하고 있습니다

검증자는 합의에 참여하고 블록에 서명함으로써 보상을 얻습니다. 부적절한 행동은 자본 파괴가 아닌 보상 거부를 통해 처리되며, 이는 기관의 기대치에 부합하고 UX 위험을 줄이기 위한 선택입니다.

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합의 출시

Plasma의 합의는 세 단계로 출시됩니다:

1. 신뢰할 수 있는 검증자 출시 소수의 알려진 검증자 그룹이 메인넷 출시 시 네트워크를 보호하여 안정성과 프로토콜 반복을 가능하게 합니다.
2. 검증자 확장 검증자 세트를 확장하여 더 큰 위원회 규모에서의 수평적 성능을 테스트하고 부하 시 처리량을 검증합니다.
3. 퍼미션리스 참여 Plasma는 공개적으로 검증자 액세스를 개방하여 프로토콜 수준의 안전 보장을 유지하면서 완전한 탈중앙화를 실현합니다.

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위원회 구성

위원회 구성은 성능을 저하시키지 않고 BFT 합의를 확장하도록 설계되었습니다. PlasmaBFT에서는 각 라운드에 참여할 검증자의 하위 집합이 선택됩니다. 이는 통신 오버헤드를 줄이고 모두 대 모두 메시징의 2차 복잡도를 피할 수 있게 합니다. 검증자는 암호학적으로 안전한, 스테이크 가중 무작위 프로세스를 통해 선택됩니다. 선택은 결정론적이며 감사 가능하고 Sybil 공격에 저항력이 있습니다. 위원회의 각 검증자는 해당 라운드에 대해 사전에 알려져 있어, 추가 통신 없이 효율적인 서명 검증과 이중 서명 감지가 가능합니다.

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스테이크 슬래싱이 아닌 보상 슬래싱

Plasma는 의도적으로 징벌적 스테이크 슬래싱을 피합니다. 대신, 부적절하게 행동하거나 참여하지 못한 검증자가 자본을 잃지 않고 블록 보상을 잃는 보상 슬래싱에 의존합니다. 이 결정은 세 가지 목표를 반영합니다:

1. 사용자 위험 감소: 기관적 맥락에서 예기치 않은 자본 손실은 허용되지 않습니다.
2. 실제 시스템과의 정렬: 낮은 성능은 총 자금 손실이 아닌 낮은 수익으로 이어집니다.
3. 합리적 행동 유도: 부적절한 행동이 예상 수익을 줄인다면, 합리적인 검증자는 프로토콜을 따릅니다.

보상 슬래싱은 검증자 참여를 저해하지 않으면서 결함 허용성과 회복력을 가능하게 합니다.

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HotStuff 개요

HotStuff는 Tendermint와 같은 이전 모델을 개선한 현대적인 BFT 합의 프로토콜로, 통신 오버헤드를 줄이고 응답성을 가능하게 합니다. 핵심:

• HotStuff는 리더 기반 라운드 구조로 작동합니다
• 검증자는 제안된 블록에 투표합니다
• 정족수의 투표가 수집되면 Quorum Certificate (QC) 가 형성됩니다
• QC는 최종성을 증명하고 안전성을 유지하기 위해 연결됩니다

HotStuff는 다음을 통해 효율성을 개선합니다:

• 선형 통신 복잡도
• 고정 지연 없는 응답성
• 안전하고 빠른 리더 교체

이러한 특성은 Plasma와 같은 고빈도 체인에 이상적입니다.

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PlasmaBFT

PlasmaBFT는 파이프라인화된 Rust 기반의 Fast HotStuff 구현체입니다. 클래식 BFT의 안전 보장을 유지하면서 더 빠른 커밋 경로와 낮은 지연 시간을 위해 최적화되었습니다.

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주요 설계 속성

• 빠른 경로 2-체인 커밋 일반적인 경우, 블록은 두 개의 연속된 QC 후에 최종화될 수 있습니다. 필요한 경우가 아니면 세 번째 단계를 피하여 라운드 지연 시간을 줄입니다.
• 정족수 크기 및 안전성 PlasmaBFT는 n ≥_3f + 1을 요구하며, 여기서 f는 비잔틴 검증자의 수입니다. 정족수 크기는 q = 2f + 1입니다. 이는 검증자의 1/3 이상이 악의적이지 않은 한 두 개의 충돌하는 블록이 모두 최종화될 수 없도록 보장합니다.
• 서명 집계 및 QC QC는 집계된 검증자 서명으로 구성되며, 검증자들이 블록에 동의한다는 증명을 인코딩합니다. QC가 서로 위에 구축될 때 최종성을 확립할 수 있습니다. $QC(b_v) ← QC(b_v+1) ← QC(b_v+2) ← ...$
• 높은 처리량 PlasmaBFT는 파이프라이닝과 최소한의 메시지 복잡도로 인해 내부 벤치마크에서 초당 수천 개의 트랜잭션을 최종화할 수 있습니다.

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파이프라이닝

PlasmaBFT는 파이프라이닝을 지원하여, 이전 블록이 아직 커밋되는 동안 새 블록의 제안을 시작할 수 있습니다. 이는 블록 제안과 최종성 단계를 겹쳐서 처리량을 증가시킵니다.

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뷰 변경 및 AggQC

리더가 실패하거나 뷰 변경이 발생하면, PlasmaBFT는 라이브니스를 유지하고 이중 서명을 방지하기 위해 집계 QC (AggQC) 를 사용합니다.

• 검증자는 가장 최근의 QC를 새 리더에게 전달합니다
• 새 리더는 이를 AggQC로 집계합니다
• 이는 가장 높은 알려진 블록을 확립하고 안전한 진행을 가능하게 합니다

이는 임계값 서명 체계 또는 타임아웃 인증서(예: Jolteon, Ditto)와는 다르지만, 더 적은 서명 검증으로 동일한 안전 목표를 달성합니다.

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요약

PlasmaBFT는 Plasma 체인의 핵심입니다. BFT 합의의 이론적 강점과 실용적인 성능 엔지니어링을 결합하여 다음을 제공합니다:

• 몇 초 내 최종성
• 부하 시 높은 처리량
• 정직한 참가자에게 과도한 패널티를 주지 않으면서 결함에 대한 회복력
• 보안을 저해하지 않으면서 확장을 위해 구축된 아키텍처

이 합의 모델은 Plasma에 글로벌 규모의 스테이블코인 기반 애플리케이션을 지원하면서 개발자와 기관 모두의 기대치에 부합하는 데 필요한 기반을 제공합니다.

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참고문헌

• J. Kwon, “Tendermint: Consensus without mining,” Draft v. 0.6, Fall, vol. 1, no. 11, pp. 1–11, 2014. Available: https://tendermint.com/static/docs/tendermint.pdf
• D. Malkhi and K. Nayak, “HotStuff-2: Optimal Two-Phase Responsive BFT,” 2023, 2023/397. [Online]. Available: https://eprint.iacr.org/2023/397
• M. M. Jalalzai, J. Niu, C. Feng, and F. Gai, “Fast-HotStuff: A Fast and Robust BFT Protocol for Blockchains,” IEEE Trans. Dependable and Secure Comput., vol. 21, no. 4, pp. 2478–2493, Jul. 2024, doi: 10.1109/TDSC.2023.3308848. Available online.
• R. Gelashvili, L. Kokoris-Kogias, A. Sonnino, and Z. Xiang, “Jolteon and Ditto: Network-Adaptive Efficient Consensus with Asynchronous Fallback,” Financial Cryptography and Data Security, p. 32, 2022. Available: https://arxiv.org/pdf/2106.10362
• M. Yin, D. Malkhi, M. K. Reiter, G. G. Gueta, and I. Abraham, “HotStuff: BFT Consensus with Linearity and Responsiveness,” in Proceedings of the 2019 ACM Symposium on Principles of Distributed Computing, PODC ’19, New York, NY, USA, Jul. 2019, pp. 347–356. Available: https://dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/3293611.3331591
• S. Nakamoto, “Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System,” 2008. Available: https://bitcoin.org/bitcoin.pdf
• M. Castro and B. Liskov, “Practical Byzantine Fault Tolerance,” in Proceedings of the Third Symposium on Operating Systems Design and Implementation, OSDI ’99, Berkeley, CA, USA: USENIX Association, 1999, pp. 173–186. [Online]. Available: https://www.usenix.org/legacy/publications/library/proceedings/osdi99/full_papers/castro/castro.ps