Contents 1 Motivation 2 1.1 The Protocol Fork Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.1.1 Keeping Up With Innovation . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.1.2 Economics of Forks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2 Shortcomings of Proof-of-Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2.1 Mining Power Concentration . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2.2 Bad incentives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.2.3 Cost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2.4 Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.3 Smart Contracts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.4 Correctness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2 Abstract Blockchains 10 2.1 Three Protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.1.1 Network Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.1.2 Transaction Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.1.3 Consensus Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.2 Network Shell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3 Proof-of-Stake 12 3.1 Is Proof-of-Stake Impossible? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3.2 Mitigations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3.2.1 Checkpoints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3.2.2 Statistical Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.3 The Nothing-At-Stake Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.4 Threat Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 4 Potential Developments 15 4.1 Privacy Preserving Transactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 4.1.1 Ring Signatures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 4.1.2 Non Interactive Zero-knowledge Proofs of Knowledge . . . 15 4.2 Amendment Rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 4.2.1 Constitutionalism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 4.2.2 Futarchy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 4.3 Solving Collective Action Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 4.3.1 Raising Awareness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 4.3.2 Funding Innovation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1 Motivation In our development of Tezos, we aspire to address four problems we perceive with Bitcoin[2]: 2