TrueBit白皮书解读

以太坊能够被描述为一个使用区块链的分布式全球计算机。它容许开发者把代码上传到区块链中，矿工共同执行并确保结果的正确性，做为报酬，开发者须要付出必定量的以太币，称为gas。以太坊经过全网验证的办法保证智能合约的正确执行，保证了安全性，做为代价，须要付出大量的算力，驱动这么一台巨型机器，所需gas价值不菲。

TrueBit是区块链链外扩容的方案之一，正如它的口号Fuel your imagination同样，其设计初衷是解决以太坊智能合约的gas限制。

TrueBit基本原理很简单：

用户上传本身所需执行的代码，某个外包商代为执行并赚取佣金，其它人监督代码执行的正确性，以太坊经过智能合约做为终极仲裁，奖善罚恶。造假者会得到经济惩罚，因此在绝大多数状况下，外包商会诚实的执行代码并提供正确的结果，链上节点无需完整验证，从而大大减轻了链上的计算负担，也就节省了用户的gas消耗。

流程以下：

1. 用户（下文称为Task Giver）上传须要执行的代码（下文成为任务），并提供佣金。

2.链外第三方（下文称为Solver）发现这个任务，认为佣金能够接受，执行计算任务并答公示运算结果，同时提供一笔保证金。

3.另外的第三方验证者（下文称为Verifier）从新执行任务，若是发现Solver造假，能够发起挑战，一样须要提供一笔保证金。

4.经过链上的智能合约让Solver和Verifier玩一个验证游戏（verification game），经过Task Giver在链上提供的执行代码验证答案真伪，提供正确答案的一方获取佣金，造假的一方从保证金中支付整个验证过程所需的gas。

5.若是一段时间内没有人能提供证据证实Solver造假，Solver得到佣金。

注意在上述过程当中，佣金能够设置成比正常在链上执行所需的gas少，保证金则至少设置为足以完整在链上执行该智能合约。

若是你只是想了解一下TrueBit，阅读到这里就能够结束了。

若是你想知道TrueBit真正精妙之处，如今才刚刚开始。

在这个系统中，咱们仍然须要解决两个问题。

第一个问题被称为验证者困境，TrueBit设计的目标之一是要解决验证者困境问题。

咱们知道，pow挖矿会对出矿的矿工给予奖励，而负责校验的矿工则没有任何收益。这在通常的交易场景下没有问题，由于校验矿工所付出的算力颇有限。可是若是涉及到比较复杂的智能合约，验证矿工就面临一个两难的选择：

• 老老实实地完整执行脚本会白白浪费宝贵的算力，在下一区块的竞争中输在了起跑线上；

• 直接经过校验并加到链上，节省了算力，可是有站错队的可能，在后续的竞争选择了一个错误的跑道。

上述TrueBit流程里，当Solver和Verifier发生争执时，以太坊充当仲裁法庭的角色，链上须要从新执行用户提供的智能合约，此时，验证矿工一样面临上述的两难困境。

TrueBit采用的方法是计算分段，先把整个计算过程分红t段，定位出Solver和Verifier发生争议的最先一段代码，那么仲裁者只要执行这一段代码便可判别真伪，链上执行的计算能够减小为原来的1/t。

那么，接下来的问题就是怎么找到这段问题代码。TrueBit采用了分段查找的办法，咱们举个栗子说明：

1.Solver选择C，把t段计算均匀分红C份，下图中咱们以C=5做为例子

2.Solver把参数C和每一段计算后的图灵状态哈希后上链

3.Verifier根据C执行一样的过程，比对哈希，找到最先发生不一致的位置，好比说下图的第四段

4.递归上述流程，通过log(t)/log(C)轮协商最终定位出问题点

经过上述方法，能够有效的减小发生争议时的链上计算量，也就间接解决了矿工的验证者困境问题，固然它付出的代价是须要更长的时间解决争议。

第二个问题涉及到Verifier的生态设计

由于TrueBit的惩罚机制，绝大多数Solver都会提供正确的执行结果，这样会致使一个结果就是Verifier无利可图。Verifier在整个生态里是保证安全性的重要一环，若是没有人愿意充当这个角色，会破坏整个系统的安全性。

为了保证生态，TrueBit设计了一个称为累积奖金（jackpot）的机制。

基本原理就是，系统随机选择部分提案，要求Solver给出错误的答案（称为forced error），当有Verifier提出挑战时，Solver不会受到惩罚，而Verifier则会得到Jackpot做为奖励。

这个随机选择方法须要知足下面几个条件：

1.Task Giver不能在提交任务以前知道选择的结果，防止人为刷奖励

2.Solver不能在提交答案以前知道选择结果，防止Solver偷懒跳过正确答案的计算

3.Verifier不能在发起挑战前知道选择结果，防止Verifier选择性验证

TrueBit给出的答案就是经过两个因子来决定随机选择结果，一个因子是Solver选择的私密随机数，只有在被挑战时才会公示，另外一个是Solver提交答案所在区块的哈希。经过后者，能够保证全部人在Solver提交答案前知道选择结果，也就是上述一、2点，经过前者，能够保证上述第3点。

整个流程以下：

1.Task Giver建立任务

2.Solver执行计算，同时提供一个正确的答案和一个错误的答案，但不展现

3.两个答案上链之后，Solver根据块哈希和手中的随机数解签两个答案中的一个

3.Verifier校验Solver提供的答案，并提出挑战

4.Solver提供手上随机数证实是系统“Forced error”

5.Verifier得到Jackpot，Solver免受惩罚

Jackpot的资金来源于任务的佣金，从全部任务的佣金中抽取一部分放到奖金池子中，称为税收，每次中奖的Verifier获取池子里部分奖金。合理设置税收和中奖比例，能够保证Verifier有利可图，从而维持生态圈健康运做。税收和中奖比例高，会增长Verifier的数量，提升系统安全性，但相应的，会损害Task Giver的积极性；反之，节省Task Giver成本的同时会下降系统总体安全，最终也是一个trade-off。

本文来源：简书

做者：元家昕

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