Implementing Proof-of-Transaction

[cocoyoon]

Proof of Transaction

트랜잭션을 많이 일으키는 서비스 제공자 혹은 parachain 을 운영하는 어떠한 계정이 어떠한 네트워크의 블록 생성자, 즉 validator를 선출해내는 컨센서스이다. 트랜잭션 안에 투표를 첨가하여 특정 시점에 수집된 투표에 대한 집계를 통해 validator 를 선별해내며 이를 Transaction-as-a-Vote 라 한다.

Transaction As a Vote

인프라 블록스페이스의 validator 는 Transaction-as-a-Vote 에 의해 선출된다. 트랜잭션 안에 투표를 하게 되고 특정 시점에 해당 투표를 기반으로 validator가 선정이 된다.

• 트랜잭션마다 validator 에 대한 투표 정보를 포함시킨다
• 블록체인 트랜잭션을 많이 일으키는 서비스의 계정이 블록 생성자로 선출되고 법정화폐 기반 트랜잭션 수수료를 보상으로 받는다

Overview

인프라 블록스페이스의 컨센서스는 Proof-of-Transaction(PoT) 기반으로 이루어진다. 패러체인 블록안에 포함된 트랜잭션 안에 특정 validator 에 대한 투표 정보를 포함시켜 인프라 블록체인(패러체인)의 Proof-of-Validity(PoV) 에 포함되어 릴레이 체인으로 전달된다.릴레이 체인에서는 해당 PoV 를 검증하고 (1) 트랜잭션 안에 포함된 투표 정보를 수집한 후 (2) 각 패러체인들로부터 들어온 투표 정보들을 자신의 상태에 반영한다. 릴레이 체인의 특정 시점이 지나면 집계한 투표를 기반으로 validator set 을 변경하게 된다.

Implementation

• Parachain

  인프라 블록스페이스에서 Relay Chain 과 연결되어 shared security 를 형성하여 특정 서비스를 수행하는 블록체인 네트워크이다. Transaction-as-a-Vote 를 수행하기 위해 parachain 으로 들어오는 트랜잭션 메타데이터를 확장함으로써 트랜잭션안에 투표 정보를 넣을 수 있게 된다. 기본적인 트랜잭션 구조에서 인프라 블록스페이스의 parachain 은 투표 정보까지 인코딩되어 Runtime 으로 들어오게된다. Collator 는 해당 트랜잭션이 포함된 블록을 생성하고 PoV(Proof-of-Validity)형태로 Relay Chain 에 전달하게 된다.

  

  PoV 는 ParachainBlockData 타입이 SCALE Codec 으로 인코딩된 형태이다.

  pub struct ParachainBlockData = {
  	pub header,
  	pub extrinsics,
  	pub storage_proof
  };
  pub struct Pov: Vec<u8> = BlockData(ParachainBlockdata.encode());

• Relay Chain

  인프라 블록스페이스에스에서 parachain 블록을 검증하고 투표 정보를 수집하여 자체 거버넌스를 이루는 체인이다. PoT(Proof-of-Transaction) 컨센서스를 위한 단계로 크게 네가지로 나뉠 수 있다. Parachain 블록을 수집하기 위한 (1) PoV 해부(deconstructing PoV), extrinsic 안에 포함된 (2) 투표 정보를 수집(Collecting Vote) 하여 CandidateReceipt(CCR) 에 포함, Relay Chain 블록 생성자가 수집된 (3) 투표를 집계하여(Aggregating Vote) 상태를 변경 , 특정 시점에 집계된 투표를 통하여 (4) Validator 그룹을 변경 하여 인프라 블록스페이스 컨센서스 구축을 목표로 한다

  1. Deconstructing PoV

     Relay Chain 으로 들어온 PoV 를 디코딩하는 단계이다. 이를 위해서 Relay Chain 은 ParachainBlockData 타입을 정확하게 알고 있어야한다.

     let pbd = ParachainBlockData::decode(pov);
     let (_header, **extrinsics**, _storage_proof) = pbd.deconstruct();

  2. Collect Vote

     Parachain 에 할당된 validator 들에 의해 parachain 블록이 검증된 이후 Extrinsic 안에 포함되어 있는 v투표 정보를 수집하는 단계이다. 블록안에 포함되어 있는 Extrinsics 는 Vec<Block::Extrinsic> 타입으로 Block::Extrinsic 은 런타임에서 UncheckedExtrinsic 타입으로 정의되어 있다. 해당 타입안의 Extra 에 투표 정보가 포함되어있다.

     // Substrate Block 타입
     pub type Block = generic::Block<Header, UncheckedExtrinsic>;
     pub struct Block<Header, Extrinsic>{
     	type Extrinsic = Extrinsic;
     	type Header = Header;
     	..
     }
     
     // Substrate Unchecked Extrinsic 타입
     pub struct UncheckedExtrinsic<Address, Call, Signature, Extra> {
     	pub signature: Option<(Address, Signature, Extra)>,
     	pub function: Call
     } 
     
     // 블록안에 포함되어 있는 Extrinsics 들을 iterator 로 접근
     let mut votes: Vec<(AccountId, Weight)> = vec![];
     **extrinsics**.iter().map(|uxt| {
     	let vote_info: (AccountId, Weight) = get_vote_info(uxt);
     	votes.push(vote);
     });
     
     // Relay Chain 안에서 candidate 블록에 대한 검증 결과물
     let candidate_receipt = CandidateReceipt {
     	..,
     	votes
     };

  How to get vote info?

  Runtime 에서 Extrinsic 을 실행하는 로직을 차용한다. Extrinsic 안에 있는 Extra 타입은 SignedExtension trait 를 구현한 타입으로써 pre_dispatch() 메소드를 가지고 있고 해당 메소드는 Pre 타입을 반환한다.

  pub fn get_vote_info(uxt: Block::Extrinsic) -> Vote
  where 
  	Block::Extrinsic: Checkable
  {
  	// UncheckedExtrinsic 을 CheckedExtrinsic 으로 변경
  	let xt = uxt.check(); 
  	// Extrinsic 의 weight 
  	let dispatch_info = xt.get_dispatch_info();
  	// Extrinsic 을 실행
  	VoteExtractor::get_vote_info(xt, dispatch_info);
  }
  
  pub trait VoteExtractor {
  	fn get_vote_info<Extra: SignedExtension>(self, info: DispatchInfo) -> Option<VoteInfo> {
  		if let Some(_, extra) = self.signed {
  			// `pre_dispatch` 의 반환값
  			let pre = Extra::pre_dispatch()
  			// Pattern matching
  			match pre {
  				// Vote 타입이면 추출
  				Vote { who } => {
  					// (Vote 대상자, Weight) 를 담은 tuple 을 반환
  					Some(<(who, info.weight)>)
  				},
  				// Vote 타입이 아니면 None 을 반환
  				_ => return None
  			}
  		} else {
  			// Signed Transaction 이 아니면 None 을 반환 
  			return None
  		}
  	}
  }

  3. Aggregating Vote

  각 parachain 당 생성된 CandidateReceipt 의 투표 정보를 기반으로 Relay Chain 블록 생성자가 이를 취합하여 Relay Chain 상태를 변경하는 단계이다. Relay Chain 런타임 상에 PoT pallet 을 구현하여 storage 상태를 변경한다.

  // runtimes/parachain/inclusion/mod.rs
  // 각 parachain 당 생성된 ccr 을 기반으로 Relay Chain 상태를 변경
  fn enact_candidate(receipt: CommittedCandidateReceipt<T::Hash>, ..) {
  	..
  	let mut weight = T::DbWeight::get().reads_writes(1, 0);
  	weight = <pot::Pallet<T>>::set_vote_info(
  		receipt.descriptor.votes
  	);
  	Self::deposit_event(CandidateIncluded(
  			plain,
  			commitments.head_data.clone(),
  			core_index,
  			backing_group,
  	));
  }
  
  // runtimes/parachain/pot/lib.rs
  // 투표 정보를 반영할 PoT pallet를 구현
  mod pallet {
  	.. 
  	pub type VoteInfo = StorageMap;
  
  	pub enum Event {
  		..
  		VoteIncluded { who: AccountId, weight: Weight } 
    }
  }
  
  impl pallet {
  	fn set_vote_info(votes: Vec<(AccountId, Weight)> {
  		let mut vote_info = VoteInfo::get();
  		vote_info.
  	}
  }

  4. Handling Session

[cocoyoon]

아직 작성중이지만 리뷰 요청드립니다. @bezalel @architectophile @sweatpotato13

[sweatpotato13]

Extrinsic Type format 변경으로 인한 Encode 문제는 아래 페이지가 참고가 될 것 같습니다.

https://substrate.stackexchange.com/questions/471/what-are-the-steps-for-encoding-an-extrinsic-in-substrate

[cocoyoon]

@energyGiver

pub struct Vote<T: Config> {
    #[codec(compact)]
    voting: Option<VotingInfo<T::AccoundData, T::Weight>>
}

Struct 안에 Struct 가 있으면 client 입장에서 번거로울 수 있으니 우선은 이런 식으로 하는게 좋아보입니다. Weight 는 DispatchResult에서 가져와야 합니다.

pub struct Vote<T: Config> {
    who: T::AccountId,
}