以太坊轻客户端Helios：实现无需信任的链上数据访问

区块链的核心价值在于无需信任。通过区块链技术,用户可以真正掌控自己的资产和数据。以太坊等公链在很大程度上实现了这一承诺,但为了追求便利,用户往往会做出一些妥协。其中最常见的就是使用中心化的RPC服务。

大多数用户通过中心化提供商访问以太坊网络。这些公司在云服务器上运行高性能节点,为用户提供便捷的链上数据查询服务。当钱包需要查询代币余额或交易状态时,几乎都会依赖这些中心化提供商。

然而,这种做法存在一个问题:用户无法验证查询结果的准确性,必须完全信任服务提供商。为了解决这一问题,一款名为Helios的以太坊轻客户端应运而生。

Helios是一个基于Rust开发的以太坊轻客户端,能够提供完全无需信任的链上数据访问。它利用以太坊转向PoS后的轻客户端协议,将不受信任的中心化RPC数据转换为可验证的本地RPC。结合中心化RPC,Helios无需运行完整节点即可验证数据真实性。

Helios的一大优势是快速同步和低存储需求。它能在约两秒内完成同步,且不需要额外存储空间。用户可以通过任何设备(包括手机和浏览器插件)安全地访问链上数据。这有效地解决了便利性与去中心化难以兼顾的痛点。

中心化基础设施的潜在风险

虽然目前尚未发生,但理论上存在一种针对中心化RPC的攻击模式。攻击者可能会通过模仿用户常用的RPC服务来设置陷阱。用户在正常操作(如在去中心化交易所进行交易)时,可能会遭遇一种新型的三明治攻击。

这种攻击的关键在于操纵RPC提供的价格数据。如果RPC提供商没有给出准确的智能合约报价,用户可能会在不知情的情况下签署一个滑点较大的兑换交易。更糟糕的是,恶意RPC提供商可能会截留这笔交易,而不是将其广播到公共内存池,从而获取利润。

造成这种攻击的根本原因是用户需要信任第三方来获取区块链状态。一些经验丰富的用户选择运行自己的以太坊节点来规避风险,但这需要大量时间和资源投入,对普通用户来说门槛较高。

值得注意的是,目前尚未发生过此类攻击事件。主流RPC提供商如Alchemy等信誉良好,值得信赖。但在使用不熟悉的RPC服务时,用户仍需保持警惕。

Helios的工作原理

Helios由执行层和共识层两部分组成,这两层紧密耦合,用户只需安装和运行单个软件即可。

在共识层,Helios利用了信标链的同步委员会机制。同步委员会由随机选择的512个验证者组成,服务周期约27小时。超过2/3委员会成员签署的区块头被认为极有可能位于规范信标链中。Helios通过查询最近的同步委员会签名来追踪链头。

为了找到当前的同步委员会,Helios首先需要一个弱主观性检查点作为信任根。这个检查点是一个可以保证在过去某个时刻被纳入链中的旧区块哈希。Helios在代码中硬编码了一个初始检查点,并在本地保存最新的最终区块哈希作为后续同步的检查点。

在执行层,Helios的目标是将经过共识层验证的信标区块头与不受信任的执行层RPC结合使用,提供经过验证的执行层数据。它利用状态树的Merkle证明来验证账户信息等数据的真实性。

通过这种方式,Helios能够验证来自不受信任RPC的所有数据。RPC提供商可能拒绝提供数据访问,但无法提供错误的结果。

Helios的应用前景

Helios为用户提供了一种轻量级的方案,可以从任何设备安全地访问链上数据,而无需运行完整节点。用户可以在MetaMask等钱包中将Helios设置为RPC提供商,实现无需信任的DApp访问。

此外,得益于Rust对WebAssembly的支持,开发者可以轻松将Helios嵌入到Javascript应用中,如钱包和DApp。这将提升以太坊生态系统的整体安全性,减少对中心化基础设施的依赖。

Helios项目仍有很大的发展空间。未来可能的改进方向包括:支持直接从P2P网络获取轻客户端数据、完善缺失的RPC方法、构建WebAssembly版本、与钱包软件深度集成、开发基于WebAssembly的网络仪表盘等。

随着Helios等轻客户端技术的发展,以太坊生态系统将变得更加去中心化和安全,同时保持良好的用户体验。这将推动区块链技术向更广泛的应用场景扩展,吸引更多用户参与到去中心化网络中来。