В голове разработчика блокчейна: Доказательство консенсуса в блокчейне

Наш сайт следит за развитием совершенно нового блокчейна от зарождения до mainnet и далее в рамках своей серии «Внутри сознания разработчика блокчейна». In previous parts,Andrew Levineof Koinos Group discussedsome of the challengesthe team has faced since identifying the key issues they intend to solve, and outlined three of the “crises” that are holding back blockchain adoption:upgradeability,scalabilityandgovernance. This series is focused on the consensus algorithm:Part one is about proof-of-work,part two is about proof-of-stakeand part three is about proof-of-burn.
В первой статье цикла я рассказал о доказательстве работы (PoW) — алгоритме консенсуса OG — и объяснил, как он работает в качестве основы децентрализации, а также почему он неэффективен. Во второй статье я исследовал proof-of-stake (PoS) и объяснил, как он хорош для снижения операционных расходов децентрализованной сети по сравнению с proof-of-work, но также объяснил, почему он еще больше закрепощает майнеров, требует сложных и сомнительных с этической точки зрения условий майнинга и не способен предотвратить «биржевые атаки».
В этой статье я расскажу о третьем алгоритме консенсуса, который был предложен примерно через год после proof-of-stake, но по причинам, которые должны стать понятными, никогда не был реализован в качестве алгоритма консенсуса на блокчейне общего назначения. По крайней мере, до сих пор.

Proof-of-work

Как я уже объяснял в первой статье, с теоретико-игровой точки зрения блокчейн — это игра, в которой игроки соревнуются в подтверждении транзакций, группируя их в блоки, которые соответствуют блокам транзакций, создаваемых другими игроками. Биткойн (BTC) работает, присваивая больший вес блокам, созданным людьми, которые, вероятно, пожертвовали большим капиталом, который они «доказывают» посредством «работы».
Поскольку эти люди уже потратили свои деньги на приобретение оборудования и его запуск для создания блоков, их легко наказать, поскольку они уже были наказаны. Доказательство доли, однако, работает принципиально иначе, что имеет важные теоретико-игровые последствия.

Доказательство доли

Вместо того чтобы заставлять производителей блоков жертвовать капиталом для приобретения и запуска оборудования, чтобы получить возможность зарабатывать вознаграждение за блок, в системе proof-of-stake держателям токенов нужно лишь пожертвовать ликвидностью своего капитала, чтобы заработать вознаграждение за блок. Проблема в том, что это снижает безопасность сети, поскольку злоумышленнику достаточно приобрести 51% базовой валюты платформы и сделать ставку, чтобы получить контроль над сетью.

Чтобы предотвратить эту атаку, PoS-системы должны внедрять сложные системы, предназначенные для «слэширования» вознаграждений за блок с пользовательских счетов, что увеличивает вычислительные затраты сети, вызывает законные этические проблемы и работает только в том случае, если атакующему не удается завладеть 51% запасов токенов. Реализация этих условий сплеча отнюдь не тривиальна, вот почему многие проекты proof-of-stake, такие как Solana, по их собственному признанию, были запущены с централизованными решениями на месте, и почему многие другие проекты, такие как Ethereum 2.0 (Eth2), требуют так много времени для реализации PoS. Типичным решением является предоставление фонду достаточно большого пакета акций, чтобы он один мог определить, кто является злоумышленником, и урезать его вознаграждение.
Это особенно проблематично в мире с централизованными биржами, которые имеют функцию кастодиального стейкинга, что означает, что фонд может получить контроль над более чем 51% данного запаса токенов, не понеся при этом никакого риска, что делает стоимость атаки ничтожно малой. Фактически, это уже произошло в недавней истории на одной из самых используемых блокчейн-бирж в мире, которая в свое время оценивалась почти в 2 миллиарда долларов: Steem.
Proof-of-stake vs. proof-of-work: Differences explained

Консенсус Святого Грааля

Как я уже говорил в конце своей прошлой статьи, в этой статье мы будем обсуждать гипотетический вопрос о том, существует ли «лучшее из двух миров» решение, обеспечивающее децентрализацию и безопасность proof-of-work при эффективности proof-of-stake. Сегодня мы с радостью объявляем о выходе нашего технического документа по доказательству сгорания. В этом документе мы утверждаем, что proof-of-burn — это именно то лучшее решение из двух миров.
Иен Стюарт предложил proof-of-burn в 2012 году — через год после proof-of-stake — в качестве эксперимента, призванного показать различия между proof-of-work и proof-of-stake. Мы считаем, что он невольно открыл «святой Грааль» алгоритмов консенсуса, который затерялся в песках времени во многом благодаря историческим случайностям. Как отметил Иэн Стюарт:

«Я подумал, что было бы интересно придумать задачу, которая абсолютно, обнаженно, недвусмысленно является примером контраста между двумя точками зрения. И да, такая задача есть: сжечь валюту!».

Атака на обмен

Как бывшая основная команда разработчиков блокчейна Steem, мы имеем богатый опыт атак на обмен. Именно поэтому защита от этого вектора атак была чрезвычайно важна и вдохновила архитектора блокчейна Стива Гербино на изучение альтернативных алгоритмов консенсуса в поисках решения, которое по-прежнему обеспечивало бы нам производительность и эффективность, необходимые для высокопроизводительного мирового компьютера, и в то же время снижало бы этот важный вектор атак.
Proof-of-burn как алгоритм консенсуса удивительно прост, и его уникальную ценность легко понять. Как и proof-of-work, он требует, чтобы стоимость атаки на сеть была оплачена «вперед». Как и в случае с proof-of-stake, не нужно приобретать и запускать никакое оборудование, кроме оборудования, необходимого для производства блоков. Как и в случае с proof-of-work, атака на биржу срывается, поскольку производитель блоков уже потерял свои деньги, так как он просто пытается их вернуть, поддерживая правильную бухгалтерскую книгу.
Чтобы осуществить атаку 51%, злоумышленнику нужно не просто завладеть 51% запасов токенов, но и доказуемо избавиться от них, приобретя виртуальное оборудование для майнинга. Единственный способ возместить эти потери — добывать блоки на цепи, которая в конечном итоге победит. Это удивительно простое и элегантное решение проблемы. Нет необходимости в сокращении условий, потому что производитель блоков фактически сократил свою собственную ставку в самом начале.

Доказательство сгорания

Иэн Стюарт предложил доказательство сгорания для биткойна за год до того, как Виталик Бутерин задумал блокчейн общего назначения. Возможно, именно поэтому людям потребовалось столько времени, чтобы понять, что эти две вещи невероятно хорошо работают вместе. Блокчейн общего назначения делает ставку на эффективность, позволяя при этом создавать экономику токенов без максимального ограничения предложения, что является обязательным условием для реализации proof-of-burn. Отчасти проблема могла заключаться и в том, что некоторые инновационные концепции, такие как неплатежеспособные токены (NFT) и маркет-мейкеры, а также такие решения, как обновляемые смарт-контракты, чрезвычайно полезны для реализации и появились только после предложения.

NFT-майнеры

Отслеживание того, на каких счетах и когда были сожжены те или иные суммы, может быть вычислительно трудоемкой задачей, и эта повышенная нагрузка на сеть может быть одной из причин, почему люди избегают этой реализации.
К счастью, несгораемые токены предоставляют нам мощный примитив, который система может использовать для эффективного отслеживания всей этой информации с целью распределения вознаграждения за блок среди действительных производителей блоков. В итоге NFT эффективно функционирует как виртуальный майнер, но при этом бесконечно и точно настраивается.
Разработчики блокчейна могут точно регулировать доступность своих платформ на основе того, как они устанавливают цены на свои майнерские НФТ. Установление высоких цен на майнеры было бы подобно требованию покупки ASIC (майнерских машин) для участия в производстве блоков. Ценообразование майнеров низкое — это как разрешение любому майнеру майнить на товарном оборудовании. Но самое приятное заключается в том, что в любом случае не требуется никакого реального оборудования.
Поскольку Koinos — это все о доступности, майнерские NFT, скорее всего, будут иметь низкую цену, что фактически равносильно тому, чтобы иметь максимально устойчивый к GPU и ASIC алгоритм. Но тут возникает вопрос: «Что, если вы выберете неправильный номер?». Это подчеркивает важность возможности модульной модернизации. В Koinos вся бизнес-логика реализована в виде модулей смарт-контрактов, которые можно обновлять по отдельности без жесткого форка. Это означает, что если, например, цена KOIN вырастет настолько, что фиксированная стоимость майнеров перестанет быть достаточно доступной, руководство может просто проголосовать за снижение этой стоимости, и число будет обновлено в момент достижения консенсуса.

Сопротивление централизации

Фиксация стоимости NFT для майнеров подобна созданию наиболее устойчивого к GPU и ASIC алгоритма, поскольку никто не может получить преимущество, приобретая специализированное оборудование. Еще лучше то, что это делает майнерские NFT более однородными и, следовательно, их легче продать (более взаимозаменяемыми) на децентрализованной бирже, что означает, что производители блоков принимают на себя меньший риск, поскольку они всегда могут ликвидировать свои майнеры.
Сила proof-of-burn в конечном итоге обусловлена тем, что мы интегрируем оборудование для майнинга в систему. Это виртуальное оборудование, что означает, что оно бесконечно настраивается разработчиками системы для максимизации производительности сети. Одним из следствий этого является то, что система может быть спроектирована таким образом, чтобы гарантировать, что майнер получит обратно свой burn плюс некоторое количество дополнительных токенов — гарантия, которую не могут дать системы с доказательством работы.
Эта настраиваемость также позволяет нам смягчить 51%-ные атаки, спроектировав систему таким образом, чтобы при увеличении спроса на майнеров период окупаемости увеличивался.
Теперь представьте, что кто-то (например, биржа) хочет взять на себя добычу блоков. Во-первых, им потребуется сжечь больше токенов, чем всем остальным вместе взятым. Но даже тогда они ничего не получат за это. Им нужно будет начать производить блоки на победившей цепочке, чтобы начать получать обратно свои вознаграждения. В это время другие участники сети смогут видеть, что происходит, и реагировать соответствующим образом. Если они почувствуют, что игрок пытается захватить контроль над управлением, они могут просто купить больше майнеров, отодвигая окно окупаемости для злонамеренного игрока, пока он не «встанет в очередь».»

Экономика токенов

Proof-of-burn также обладает интересными экономическими свойствами, которые отличают его как от PoW, так и от PoS. Например, если зафиксировать скорость создания новых токенов (она же «инфляция»), то в определенный момент, если в производстве блоков будет участвовать слишком много людей, экономика токенов превратится в дефляционную, потому что вознаграждения будут выплачиваться быстрее, чем создаваться новые токены. В случае необходимости это может дать сети преимущества в производительности.
Большое количество людей, производящих блоки, может негативно повлиять на задержку. Этот дефляционный компонент будет служить для динамической дестимулирования чрезмерной добычи блоков, одновременно предоставляя экосистеме важный экономический рычаг, или дефляцию.
Моей целью в этой серии статей было дать читателю безумно глубокое понимание темы алгоритмов консенсуса в доступной и, надеюсь, интересной форме. Мы рассмотрели исторический путь основных алгоритмов консенсуса и то, что, по моему мнению, является следующей эволюцией: proof-of-burn. Я надеюсь, что теперь вы сможете самостоятельно оценить различные реализации консенсуса и прийти к собственным выводам о том, что является инновационным, а что нет.Мнения, мысли и взгляды, выраженные здесь, принадлежат только автору и не обязательно отражают или представляют взгляды и мнения нашего сайта.
Эндрю Левин — генеральный директор Koinos Group, команды ветеранов отрасли, ускоряющей децентрализацию с помощью доступной технологии блокчейн. Их основополагающим продуктом является Koinos, блокчейн, не требующий платы и бесконечно обновляемый, с поддержкой универсального языка.