In a single secret leader election protocol (SSLE), one of the system participants is chosen and, unless it decides to reveal itself, no other participant can identify it. SSLE has a great potential in protecting blockchain consensus protocols against denial of service (DoS) attacks. However, all existing solutions either make strong synchrony assumptions or have expiring registration, meaning that they require elected processes to re-register themselves before they can be re-elected again. This, in turn, prohibits the use of these SSLE protocols to elect leaders in partially-synchronous consensus protocols as there may be long periods of network instability when no new blocks are decided and, thus, no new registrations (or re-registrations) are possible. In this paper, we propose Homomorphic Sortition -- the first asynchronous SSLE protocol with non-expiring registration, making it the first solution compatible with partially-synchronous leader-based consensus protocols. Homomorphic Sortition relies on Threshold Fully Homomorphic Encryption (ThFHE) and is tailored to proof-of-stake (PoS) blockchains, with several important optimizations with respect to prior proposals. In particular, unlike most existing SSLE protocols, it works with arbitrary stake distributions and does not require a user with multiple coins to be registered multiple times. Our protocol is highly parallelizable and can be run completely off-chain after setup. Some blockchains require a sequence of rounds to have non-repeating leaders. We define a generalization of SSLE, called Secret Leader Permutation (SLP) in which the application can choose how many non-repeating leaders should be output in a sequence of rounds and we show how Homomorphic Sortition also solves this problem.


翻译:在单一的秘密领导人选举协议(SSLE)中,系统参与者之一被选中,除非它决定表明自己,否则其他参与者无法确认。 SSLE在保护链式共识协议防止拒绝服务(DoS)袭击方面具有巨大潜力。 然而,所有现有解决方案要么是进行强烈同步假设,要么是到期登记,这意味着它们需要选举程序重新重新登记,然后才能重新当选。 反过来,这又禁止使用这些SSLE协议在部分同步的共识协议中选举领导人,因为当没有新街区决定时,网络可能长期不稳定,因此,没有新的登记(或重新登记)在保护链式共识协议防止拒绝服务(DoS)袭击方面有很大潜力。 然而,在本文中,我们提出“无同步”的SSLE协议, 第一次“无同步的SSLE协议”, 使得它与部分同步的领袖的共识协议相容合。 软定的“完全同步加密”协议(Thimmercial ), 和某些“链式的链式(POS) 规则可以被重新定义, 与前的任意性排序不同。

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