Satoshi Nakamoto's Proof-of-Work (PoW) longest chain (LC) protocol was a breakthrough for Internet-scale open-participation consensus. Many Proof-of-Stake (PoS) variants of Nakamoto's protocol such as Ouroboros or Snow White aim to preserve the advantages of LC by mimicking PoW LC closely, while mitigating downsides of PoW by using PoS for Sybil resistance. Previous works have proven these PoS LC protocols secure assuming all network messages are delivered within a bounded delay. However, this assumption is not compatible with PoS when considering bandwidth constraints in the underlying communication network. This is because PoS enables the adversary to reuse block production opportunities and spam the network with equivocating blocks, which is impossible in PoW. The bandwidth constraint necessitates that nodes choose carefully which blocks to spend their limited download budget on. We show that 'download along the longest header chain', a natural download rule for PoW LC, emulated by PoS variants, is insecure for PoS LC. Instead, we propose 'download towards the freshest block' and prove that PoS LC with this download rule is secure in bandwidth constrained networks. Our result can be viewed as a first step towards the co-design of consensus and network layer protocols.


翻译:中本科技长寿( POW) 最长连锁( LC) 协议是互联网规模开放参与共识的突破。 中本协议的许多测试( POS) 变体, 如 Oroboros 或 Snow White 等, 目的是通过密切模仿 PoW LC 来保护 LC 的优势, 同时使用 PoS 来抵抗 Sybil, 减少 PoW 的下坡面。 以前的工作证明这些 PoS LC 协议是安全的, 假设所有网络信息都是在受约束的延迟下交付。 但是, 在考虑基础通信网络的带宽限制时, 这个假设与 POS 不一致。 这是因为 POS 能够让对手重新利用制成生产机会, 用 Equivlating 区块对网络进行垃圾。 这种带宽限制要求, 节谨慎地选择将其有限的下载预算花在哪个区块上。 我们显示, “ 沿着最长的头链, ” 自然下载规则, 由 PoW LC 变式所效仿,, 而对于PS LC 规则来说是不安全的。 相反, 我们的“ 向新的带宽 ”, 向新带宽网络 被 展示 。

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