IBATCH（批处理智能合约调用）

文献标题：IBATCH: Saving Ethereum Fees via Secure and Cost-Effective Batching of Smart-Contract Invocations

来源：Proceedings of the 29th ACM Joint Meeting on European Software Engineering Conference and Symposium on the Foundations of Software Engineering. 2021.

 

 本文提出的IBATCH，添加了Batcher与Dispatcher两个角色。本文实验中，在与以太坊网络同步的以太坊节点（例如，Geth客户端）上运行Batcher中间服务。

 IBATCH的挑战及解决方案：

（1）以太坊本身并不支持批处理。本文提出，在调用账户（caller account)和被调用的智能合约(callee smart contract)中间引入两个中介：Batcher与Dispatcher。

（2）调用方（callers）不需要信任Batcher。为实现安全及经济高效的批处理，本文提出了一种安全协议。模拟Batcher发起攻击，在批处理事务中修改、伪造、重放或忽略调用请求。

（3）requests需要达到一定数量才会开始处理，会有延迟发生。本文提出，使用交易价格的高低（也就是gas）来确定生成批处理交易的顺序，价高者，交易能更快上链处理，能消除延迟。

研究方法

本文以IDEX为平台，举出一个实例，指出了四种批处理策略：S1）一对一，即上图中的4 trade；S2）多对一，即上图中的deposit调用；S3）一对多；S4）多对多，上图中的approve调用所示。本文基于S4做阐述，并设计了两个其他模型（baseline）来做对比。

baseline B1：（考虑批处理的一种特殊情况）假设账户A要转代币给N个账户B1、B2...本方案设计账户A创建一个智能合约C，将N个tranfer()函数封装到一笔交易中发送给智能合约C。

baseline B2：通过检查dispatcher智能合约中每个账户中的nonce值来阻止重放攻击。

安全协议

协议执行步骤

1. 在批处理时间窗口中，某个调用者提交第 i 个调用请求（记为 call_i )给Batcher服务，请求 call_i 包含以下内容：

调用者的地址或公钥account_i、被调用智能合约地址cntr_i、函数名字func_i、参数列表（argument list）args_i. i∈ [1, N]

2. 在批处理时间窗口结束时，Batcher准备批处理消息bmsg，并发送给调用者进行验证和签名。

验证：1）Each of the callers checks if there is one and only one copy of its invocationcall1in the batch message.

　　　2）nonce值与本地维护的nonce值是否相等

PS：CA为智能合约Dispatcher的地址

 

 

 

 安全型性分析

1）伪造调用：签名很难伪造。

2）漏掉调用：若略掉一个调用，需要有足够数量的“假块”（区块链固有特性，类似双花问题）

3）调用重放：有以下几种情况，分别为

• 相同的批处理交易中，多次发起调用。解决：无法出现在 bmsg 中，很容易被发现。
• 相同的nonceB，重放某一批处理交易。解决：相同的nonceB会被以太坊自由的重放保护发现。
• 不同的nonceB，重放某一批处理交易。解决：相同的nonceB已经被签名 bmsg_sign。
• 故意生产小批量。如：一批10次调用，生成两个较小的批，每个批都是5次调用。操作需要耗费gas，每块有gas limit。
• 在两次批处理交易中重放调用。解决：最后处理步骤与1）相同，属于伪造调用。

 4）拒绝服务（DoS）的调用者（caller）：Batcher强制设置了一个timeout，在这个时间内会等待批处理中各个caller的签名，超过这个时间的caller，Dispatcher将不会将它的调用请求转发给被调用的智能合约。

Batch's policies

这部分主要讲了如何设计Batcher的批处理调用，需同时兼顾成本和延迟问题。

用低延迟来优化成本

bpool是一个内存缓冲区，存储提交的调用。txpool是一种数据结构（交易缓存在这里面）。

bpoolEvict生成要发送到以太坊网络的批处理事务。程序bpoolEvict要做两个基本决定：

C1) 哪些调用要从bpool中驱逐出来并放入批处理中。

本文提出的解决方案：在bpool中选择Gas价格高于ℎ的调用，从而使价格高于ℎ的交易和调用的总Gas低于区块限制。此外，价格高于ℎ-1的交易和调用的总Gas高于区块限制。（似懂非懂）

C2）在批量交易中应该设置什么Gas-price值。

本文提出的解决方案：

• Batch-X%: The Gas price of a batch transaction is set to beabove X% of the invocations in the batch.
• Block-X%: The Gas price of a batch transaction is set to be above X% of the transactions in the block (also including the
  invocations in the batch).

后面的应该是不会看下去了。

 结论

This paper presents IBATCH, a security protocol and middleware system to batch smart-contract invocations over Ethereum. The design of IBATCH addresses the tradeoff between security, cost effec-tiveness and delay. The result shows that compared with the baseline without batching,IBATCH effectively saves cost per invocation with small block delay.

补充知识

 IDEX

Decentralized Exchange 简称 DEX。IDEX是一个基于以太坊的分散式智能合约交易平台，提供实时交易，即时订单放置和处理，免费取消订单，实时订单簿更新等服务。IDEX由一个智能合约，一个交易引擎和一个交易处理仲裁器组成，所有交易必须由用户的私钥授权。

思考

1. batching smart-contract invocations 是什么意思？

资讯：安永利用Zk-SNARKs扩展以太坊，一次可批量处理20笔交易.