EVeCA：一種使用挑戰式驗證的高效且可驗證的鏈上數據查詢框架

Q: EVeCA 如何應對區塊鏈數據規模不斷增長的挑戰？

EVeCA 主要透過以下幾種方式應對區塊鏈數據規模不斷增長的挑戰： 避免全節點維護 ADS： EVeCA 將維護 ADS 的任務從全節點轉移到少數服務提供者（SP）身上，避免了全節點因數據規模增長而導致的 ADS 維護成本過高問題。 基於挑戰的驗證機制： EVeCA 採用基於挑戰的驗證機制，全節點只需驗證 SP 返回的檢測 Token 的結果和證明，無需重建整個 ADS，大大降低了驗證成本。 可調整的檢測 Token 大小： 挑戰節點可以根據數據更新規模和安全需求動態調整檢測 Token 的大小，在保證安全性的同時，降低驗證成本。 支持多種 ADS 結構： EVeCA 可以兼容多種基於 Merkle 樹的 ADS 結構，例如 Merkle B-tree、Merkle R-tree 和 Merkle 反向索引等，可以根據不同的查詢需求選擇合适的 ADS 結構，提高查詢效率。 然而，隨著數據規模的增長，EVeCA 仍然面臨一些挑戰： 檢測 Token 大小的選擇： 數據規模增長會導致所需的檢測 Token 大小增加，進而增加驗證成本。如何平衡安全性和效率是一個需要權衡的問題。 自適應攻擊的防禦： 惡意 SP 可能會根據 EVeCA 的檢測機制發起自適應攻擊，例如在特定範圍內集中遺漏數據。EVeCA 需要不斷優化檢測策略，提高對自適應攻擊的防禦能力。

Q: 如果服務提供者之間存在共謀，EVeCA 的安全性是否會受到影響？

如果服務提供者（SP）之間存在共謀，EVeCA 的安全性確實會受到一定程度的影響。 共謀攻擊的可能性： 如果多個 SP 共謀，他們可以協同偽造 ADS 和檢測 Token 的結果，從而繞過 EVeCA 的驗證機制，使用戶無法驗證查詢結果的正確性。 共謀攻擊的防禦： 為了降低共謀攻擊的風險，可以採取以下措施： 增加 SP 的數量： SP 的數量越多，共謀的難度就越大。 引入信譽機制： 可以根據 SP 的歷史行為建立信譽機制，降低選擇惡意 SP 的概率。 採用更安全的共識機制： 可以採用更安全的共識機制，例如 PoS 或 DPoS，提高對惡意節點的抵抗能力。 需要注意的是，共謀攻擊的成本通常较高，而且需要多個 SP 之間高度協作。因此，在實際應用中，共謀攻擊的風險相對較低。

Q: EVeCA 的設計理念是否可以應用於其他去中心化系統？

是的，EVeCA 的設計理念可以應用於其他去中心化系統，特別是需要提供可驗證數據查詢功能的系統。 適用場景： 去中心化數據庫：EVeCA 可以應用於去中心化數據庫，例如 IPFS 或 Swarm，提供可驗證的數據查詢服務。 去中心化身份系統：EVeCA 可以應用於去中心化身份系統，例如 uPort 或 Sovrin，提供可驗證的身份信息查詢服務。 供應鏈管理系統：EVeCA 可以應用於供應鏈管理系統，提供可驗證的產品信息查詢服務。 核心思想： EVeCA 的核心思想是將數據維護和驗證分離，並採用基於挑戰的驗證機制，這在其他去中心化系統中同樣適用。 當然，在將 EVeCA 應用於其他去中心化系統時，需要根據具體的應用場景和需求進行調整和優化。例如，需要考慮數據的類型、查詢的需求、安全的要求等因素。

核心概念

EVeCA 是一種針對區塊鏈數據查詢提出的新型框架，它將 ADS 維護工作委託給服務提供者，並透過挑戰式驗證機制確保數據的正確性和查詢的可驗證性，同時提高效率並降低成本。

摘要

EVeCA 系統架構

本研究論文介紹了一種名為 EVeCA 的新型區塊鏈數據查詢框架，旨在解決現有方案在可驗證性和效率之間的矛盾。EVeCA 的核心概念是將 ADS（Authenticated Data Structure，經過驗證的數據結構）的維護工作從全節點委託給少數服務提供者（SP），並透過挑戰式驗證機制確保 SP 維護的 ADS 的正確性。

EVeCA 系統包含三個主要實體：服務提供者（SP）、查詢用戶和全節點（包含挑戰節點）。SP 負責維護 ADS、提取鏈上數據並提供查詢服務。查詢用戶則向 SP 發送查詢請求，並根據 SP 返回的證明驗證查詢結果的正確性。全節點負責驗證 SP 維護的 ADS 的正確性，而挑戰節點則負責生成檢測令牌（即已知結果的查詢表達式）來挑戰 SP。

EVeCA 運作流程

EVeCA 的運作流程分為三個階段：ADS 更新階段、ADS 驗證階段和可驗證查詢階段。

ADS 更新階段： SP 首先從區塊鏈同步數據到本地存儲，然後更新其維護的 ADS。在每輪數據更新結束時，SP 將其 ADS 的摘要（根哈希）發佈到區塊鏈上，作為可驗證查詢的先驗知識。
ADS 驗證階段： 挑戰節點構建檢測令牌並將其發送到 SP。SP 返回查詢結果及其證明。最後，所有全節點驗證查詢結果的正確性和證明的有效性。如果驗證失敗，則確定 SP 維護的 ADS 不正確。
可驗證查詢階段： 用戶可以向 SP 發送查詢請求，並根據 SP 返回的證明驗證查詢結果。由於 SP 維護的 ADS 的正確性已由全節點驗證，因此可以確保用戶查詢的安全性。

EVeCA 優點

EVeCA 框架具有以下優點：

高效性： EVeCA 將 ADS 維護工作委託給 SP，減輕了全節點的計算負擔，提高了查詢效率。
可驗證性： 挑戰式驗證機制確保了 SP 維護的 ADS 的正確性，從而保證了查詢結果的可驗證性。
安全性： EVeCA 可以有效抵禦 SP 的各種攻擊，例如數據遺漏和數據錯位攻擊。

EVeCA 適用場景

EVeCA 適用於各種需要高效且可驗證的鏈上數據查詢的場景，例如：

供應鏈管理： 用戶可以查詢產品信息，例如交易時間、金額和描述。
物聯網： 用戶可以查詢設備數據，例如傳感器讀數和設備狀態。
醫療保健： 用戶可以查詢病歷數據，例如診斷結果和治療方案。

總之，EVeCA 是一種高效且可驗證的鏈上數據查詢框架，它可以有效解決現有方案的不足，並為各種區塊鏈應用提供安全可靠的數據查詢服務。

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統計資料

與現有方案相比，EVeCA 將 ADS 維護效率提高了約 20 倍。
在單一數據更新中，當數據遺漏率為 0.1% 時，使用包含 1% 數據的檢測令牌進行約 5 次檢測，即可達到 99% 以上的檢測成功率。

引述

從以下內容提煉的關鍵洞見

EVeCA: Efficient and Verifiable On-Chain Data Query Framework Using Challenge-Based Authentication

by Meng Shen, Y... 於 arxiv.org 11-01-2024

https://arxiv.org/pdf/2410.23546.pdf

EVeCA: Efficient and Verifiable On-Chain Data Query Framework Using Challenge-Based Authentication

深入探究

EVeCA 如何應對區塊鏈數據規模不斷增長的挑戰？

EVeCA 主要透過以下幾種方式應對區塊鏈數據規模不斷增長的挑戰：

避免全節點維護 ADS： EVeCA 將維護 ADS 的任務從全節點轉移到少數服務提供者（SP）身上，避免了全節點因數據規模增長而導致的 ADS 維護成本過高問題。
基於挑戰的驗證機制： EVeCA 採用基於挑戰的驗證機制，全節點只需驗證 SP 返回的檢測 Token 的結果和證明，無需重建整個 ADS，大大降低了驗證成本。
可調整的檢測 Token 大小： 挑戰節點可以根據數據更新規模和安全需求動態調整檢測 Token 的大小，在保證安全性的同時，降低驗證成本。
支持多種 ADS 結構： EVeCA 可以兼容多種基於 Merkle 樹的 ADS 結構，例如 Merkle B-tree、Merkle R-tree 和 Merkle 反向索引等，可以根據不同的查詢需求選擇合适的 ADS 結構，提高查詢效率。

然而，隨著數據規模的增長，EVeCA 仍然面臨一些挑戰：

檢測 Token 大小的選擇： 數據規模增長會導致所需的檢測 Token 大小增加，進而增加驗證成本。如何平衡安全性和效率是一個需要權衡的問題。
自適應攻擊的防禦： 惡意 SP 可能會根據 EVeCA 的檢測機制發起自適應攻擊，例如在特定範圍內集中遺漏數據。EVeCA 需要不斷優化檢測策略，提高對自適應攻擊的防禦能力。

如果服務提供者之間存在共謀，EVeCA 的安全性是否會受到影響？

如果服務提供者（SP）之間存在共謀，EVeCA 的安全性確實會受到一定程度的影響。

共謀攻擊的可能性： 如果多個 SP 共謀，他們可以協同偽造 ADS 和檢測 Token 的結果，從而繞過 EVeCA 的驗證機制，使用戶無法驗證查詢結果的正確性。
共謀攻擊的防禦： 為了降低共謀攻擊的風險，可以採取以下措施：

增加 SP 的數量： SP 的數量越多，共謀的難度就越大。
引入信譽機制： 可以根據 SP 的歷史行為建立信譽機制，降低選擇惡意 SP 的概率。
採用更安全的共識機制： 可以採用更安全的共識機制，例如 PoS 或 DPoS，提高對惡意節點的抵抗能力。
需要注意的是，共謀攻擊的成本通常较高，而且需要多個 SP 之間高度協作。因此，在實際應用中，共謀攻擊的風險相對較低。

EVeCA 的設計理念是否可以應用於其他去中心化系統？

是的，EVeCA 的設計理念可以應用於其他去中心化系統，特別是需要提供可驗證數據查詢功能的系統。

適用場景：

去中心化數據庫：EVeCA 可以應用於去中心化數據庫，例如 IPFS 或 Swarm，提供可驗證的數據查詢服務。
去中心化身份系統：EVeCA 可以應用於去中心化身份系統，例如 uPort 或 Sovrin，提供可驗證的身份信息查詢服務。
供應鏈管理系統：EVeCA 可以應用於供應鏈管理系統，提供可驗證的產品信息查詢服務。

核心思想： EVeCA 的核心思想是將數據維護和驗證分離，並採用基於挑戰的驗證機制，這在其他去中心化系統中同樣適用。
當然，在將 EVeCA 應用於其他去中心化系統時，需要根據具體的應用場景和需求進行調整和優化。例如，需要考慮數據的類型、查詢的需求、安全的要求等因素。