以太坊輕客戶端Helios：實現無需信任的鏈上數據訪問

區塊鏈的核心價值在於無需信任。通過區塊鏈技術,用戶可以真正掌控自己的資產和數據。以太坊等公鏈在很大程度上實現了這一承諾,但爲了追求便利,用戶往往會做出一些妥協。其中最常見的就是使用中心化的RPC服務。

大多數用戶通過中心化提供商訪問以太坊網路。這些公司在雲服務器上運行高性能節點,爲用戶提供便捷的鏈上數據查詢服務。當錢包需要查詢代幣餘額或交易狀態時,幾乎都會依賴這些中心化提供商。

然而,這種做法存在一個問題:用戶無法驗證查詢結果的準確性,必須完全信任服務提供商。爲了解決這一問題,一款名爲Helios的以太坊輕客戶端應運而生。

Helios是一個基於Rust開發的以太坊輕客戶端,能夠提供完全無需信任的鏈上數據訪問。它利用以太坊轉向PoS後的輕客戶端協議,將不受信任的中心化RPC數據轉換爲可驗證的本地RPC。結合中心化RPC,Helios無需運行完整節點即可驗證數據真實性。

Helios的一大優勢是快速同步和低存儲需求。它能在約兩秒內完成同步,且不需要額外存儲空間。用戶可以通過任何設備(包括手機和瀏覽器插件)安全地訪問鏈上數據。這有效地解決了便利性與去中心化難以兼顧的痛點。

中心化基礎設施的潛在風險

雖然目前尚未發生,但理論上存在一種針對中心化RPC的攻擊模式。攻擊者可能會通過模仿用戶常用的RPC服務來設置陷阱。用戶在正常操作(如在去中心化交易所進行交易)時,可能會遭遇一種新型的三明治攻擊。

這種攻擊的關鍵在於操縱RPC提供的價格數據。如果RPC提供商沒有給出準確的智能合約報價,用戶可能會在不知情的情況下籤署一個滑點較大的兌換交易。更糟糕的是,惡意RPC提供商可能會截留這筆交易,而不是將其廣播到公共內存池,從而獲取利潤。

造成這種攻擊的根本原因是用戶需要信任第三方來獲取區塊鏈狀態。一些經驗豐富的用戶選擇運行自己的以太坊節點來規避風險,但這需要大量時間和資源投入,對普通用戶來說門檻較高。

值得注意的是,目前尚未發生過此類攻擊事件。主流RPC提供商如Alchemy等信譽良好,值得信賴。但在使用不熟悉的RPC服務時,用戶仍需保持警惕。

Helios的工作原理

Helios由執行層和共識層兩部分組成,這兩層緊密耦合,用戶只需安裝和運行單個軟件即可。

在共識層,Helios利用了信標鏈的同步委員會機制。同步委員會由隨機選擇的512個驗證者組成,服務週期約27小時。超過2/3委員會成員簽署的區塊頭被認爲極有可能位於規範信標鏈中。Helios通過查詢最近的同步委員會籤名來追蹤鏈頭。

爲了找到當前的同步委員會,Helios首先需要一個弱主觀性檢查點作爲信任根。這個檢查點是一個可以保證在過去某個時刻被納入鏈中的舊區塊哈希。Helios在代碼中硬編碼了一個初始檢查點,並在本地保存最新的最終區塊哈希作爲後續同步的檢查點。

在執行層,Helios的目標是將經過共識層驗證的信標區塊頭與不受信任的執行層RPC結合使用,提供經過驗證的執行層數據。它利用狀態樹的Merkle證明來驗證帳戶信息等數據的真實性。

通過這種方式,Helios能夠驗證來自不受信任RPC的所有數據。RPC提供商可能拒絕提供數據訪問,但無法提供錯誤的結果。

Helios的應用前景

Helios爲用戶提供了一種輕量級的方案,可以從任何設備安全地訪問鏈上數據,而無需運行完整節點。用戶可以在MetaMask等錢包中將Helios設置爲RPC提供商,實現無需信任的DApp訪問。

此外,得益於Rust對WebAssembly的支持,開發者可以輕鬆將Helios嵌入到Javascript應用中,如錢包和DApp。這將提升以太坊生態系統的整體安全性,減少對中心化基礎設施的依賴。

Helios項目仍有很大的發展空間。未來可能的改進方向包括:支持直接從P2P網路獲取輕客戶端數據、完善缺失的RPC方法、構建WebAssembly版本、與錢包軟件深度集成、開發基於WebAssembly的網路儀表盤等。

隨着Helios等輕客戶端技術的發展,以太坊生態系統將變得更加去中心化和安全,同時保持良好的用戶體驗。這將推動區塊鏈技術向更廣泛的應用場景擴展,吸引更多用戶參與到去中心化網路中來。