本文介绍了使用Shadow网络模拟框架来测试和改进以太坊客户端网络的方法。该项目旨在修复、更新和扩展ethereum-shadow，以便能够使用最新的客户端版本（如Reth和Lighthouse）进行网络模拟，并进行一系列实验来评估和改进客户端网络的性能和安全性。最终目标是为客户端团队和研究人员提供一个方便易用的模拟框架。
修订版 1, 2024-07-14
使用 Shadow 进行网络模拟
启用并运行网络模拟，以快速测试和改进客户端网络。
动机
网络自然是每个客户端中的一个关键组件。规范和实现都需要认真开发，以使 p2p 网络能够抵抗攻击并尽可能少地使用带宽（以使家庭质押在尽可能多的地区可行）。然而，测试网络更改非常困难：开发网络通常只在中心化网络中包含少量节点，而测试网络不适合进行适当的网络测试，因为它们无法通过新的客户端版本进行集中和快速的更新。手动创建具有实际节点数量（即数千个）的全球分布式测试网络在成本和精力上都是令人望而却步的。网络模拟通常不允许测试完整的软件，而是需要专门编写的代码，这降低了真实性。理想情况下，我们需要一种解决方案来运行具有实际客户端软件和真实网络参数（具有不同延迟和带宽的许多节点）的模拟。现有的方法是 EF DevOps 团队开发的 Kurtosis ethereum-package，它可以与 Trail of Bits 的 Attacknet 结合使用，以测试以太坊网络如何对几种类型的故障做出反应。
项目描述
Shadow 是一个网络模拟框架，它拦截程序的系统调用，以完全模拟这些程序之间的网络连接。由于进程睡眠和系统时间也可以被伪造，因此可以根据模拟节点的所需数量，尽可能快或尽可能慢地运行模拟。 Shadow 还允许定义复杂的网络结构。
ethereum-shadow 由 Pop Chunhapanya 在 2023 年初开发，它有助于设置涉及 Geth 和 Lighthouse 的 Shadow 模拟。Pop 已经运行了多达 1000 个节点的模拟，表明大规模模拟是可行的（前提是它们在具有足够内存的机器上运行）。然而，由于当时的技术限制，需要使用过时的 Lighthouse 版本。此外，Geth 最近的更新使得当前的测试设置无法启动，因为模拟是从 PoW 网络开始的，而 Geth 不再支持 PoW 网络。
在这个项目中，我将修复、更新和扩展 ethereum-shadow。此外，我将运行网络模拟来协助当前的研发，并分析客户端网络的改进。
路线图
该项目大致分为三个阶段。
阶段 1：准备
首先，必须更新 ethereum-shadow 以使用更新的客户端版本运行。我将从 Reth 和 Lighthouse 开始。此外，可能需要扩展 Shadow 本身以支持客户端使用的所有系统调用。
阶段 1 将持续大约三到四周。但是，如果需要比预期更多的精力，则该阶段可能会花费更长的时间。
阶段 2：实验
在该项目的主要阶段，我将运行几个实验。这些实验尚未完全确定，但大致计划是使用当前的客户端版本测试几种攻击场景或网络状况，并使用修改后的客户端重新运行它们，以测试改进行为的潜在方法。收集到的所有数据将以开放许可发布，并且有趣的发现将与相关的客户端团队和研究人员讨论。任何可能被用来攻击实时网络的发现都将负责任地披露，并且在漏洞修复之前不会发布。
需要调查的问题包括但不限于：
阶段 3：清理
如果实验证明有用，我想扩展模拟框架，使其尽可能方便使用，并支持所有主要客户端的模拟，以便客户端团队可以轻松地运行自己的模拟。
此阶段将在第 5 队列结束时甚至之后开始。其长度将取决于阶段 1 和阶段 2 期间 ethereum-shadow 的进展，但我预计至少需要两周时间。
可能的挑战
很难估计需要多少精力才能使 Shadow 与客户端软件一起工作。 可能需要开发 Shadow 本身的扩展，因为可能需要实现更多的系统调用才能正确运行 Reth 和 Lighthouse。
根据实验的不同，可能需要模拟大量节点。出于经济原因，必须认真考虑和准备此类实验。以这种规模运行模拟也可能导致需要修复的性能和稳定性问题。
基于 Shadow 的方法是否比上面提到的基于 Kurtosis 的测试方法提供显着优势还有待观察。优势可能包括降低资源需求（因为不涉及 Kubernetes）以及可以比实时更快地运行模拟（或者对于大型模拟则更慢）。 缺点可能包括 Shadow 的真实性较低（Shadow 使用自己的 TCP 协议栈，并在确定性方面牺牲了真实性）。
项目目标
- 弄清楚 Shadow 是否是测试以太坊网络的好工具
- 为复杂的模拟准备一个好的框架
- 改进客户端网络，并帮助制定即将到来的硬分叉的规范
- 如果 Shadow 被证明有用，则授权所有客户端团队和研究人员使用它
合作者
研究员
目前没有计划与其他研究员合作，但是，将强烈考虑涉及其他感兴趣的研究员的项目相关的实验。
导师
资源
