Замена механизма pow на pos в блокчейне ethereum

Замена механизма консенсуса PoW на PoS в блокчейне Ethereum

Блокчейн Ethereum медленно, но верно идет к замене существующего механизма консенсуса proof-of-work на proof-of-stake. Об этом свидетельствуют выступления ведущих разработчиков на конференции Devcon3, которая в эти дни проходит в Мексике.

По мнению создателя Ethereum Виталика Бутерина, Casper, а именно так называется проект по изменению механизма консенсуса, должен стоять в приоритете над всеми остальными разработками, нашедшими отражение в дорожной карте Ethereum.

Ожидается, что Casper позволит демократизировать процесс управления платформой.

Вероятно, лучше всего о необходимости замены механизма консенсуса proof-of-work, который сегодня используют Bitcoin, Ethereum и многие другие криптовалюты для обеспечения работоспособности и защиты собственных блокчейнов, сказал исследователь из Корнеллского университета Эмин Гюн Сирер, заявивший, что этот механизм не позволяет пользователям принимать участие в развитии и управлении блокчейнами, как это задумывалось при их создании.

В этом плане Casper предлагает более демократичный подход. Вместо того, чтобы покупать специализированное компьютерное оборудование, пользователи смогут выделять часть собственных средств, которые будут блокироваться на определённое время, и принимать участие в подтверждение транзакций, за что будут получать награды.

Несмотря на определённые страхи и сомнения, в целом разработчики считают, что для будущего развития Ethereum переход на новый механизм консенсуса критически важен, причём осуществить его необходимо в кратчайшие сроки.

На прошлогодней конференции Devcon2 Виталик Бутерин и Влад Замфир сообщили, что каждый из них работает над собственной версией Casper. Таким образом они продолжают работать по сей день.

Версия Замфира основывается на протоколе GHOST и отличается более высокой скоростью подтверждения транзакций, что достигается путём изменения структуры блокчейна. В отличие от линейной схемы стандартного блокчейна, структура Замфира выглядит более зигзагообразной. Кроме того, версия Замфира включает в себя сторонние разработки, призванные увеличить скорость работы блкочейна.

Бутерин в свою очередь стремится сделать структуру настолько простой, насколько возможно, максимально приближенной к существующему сегодня блокчейну, использующему механизм proof-of-work.

По поводу того, какая из структур окажется наиболее эффективной, пока согласия нет.

Примечательно, что Casper может быть запущен намного раньше, чем планировалось изначально. Ранее сообщалось, что механизм консенсуса будет изменён только в ходе четвёртого этапа развития Ethereum Serenity.

Однако, как пишет newsBTC, новые правила консенсуса могут быть представлены уже во второй части этапа Metropolis Constantinople, то есть в конце этого года или начале следующего. Первая часть Metropolis Byzantium была активирована в блокчейне Ethereum 16 октября путём хард форка.

Напомним, что ранее во время выступления на Devcon3 Бутерин рассказал о планах по развитию Ethereum на ближайшие годы, в том числе о шардинге, обновлении виртуальной машины Ethereum и бесструктурных клиентах.

EthereumБлокчейн (Blockchain)

Источник: https://Mining-CryptoCurrency.ru/mekhanizma-konsensusa-pow-pos-ethereum/

Что ждет Ethereum в новом PoS-алгоритме и когда это произойдёт

В 2018 году в развитии сети второй по показателям капитализации валюты произойдет глобальное изменение: переход Ethereum на PoS протокол. Как это повлияет на стоимость монеты и настроение майнеров? Останется ли Эфир таким же востребованным и не подвергнется ли система сетевым атакам? Давайте разбираться.

Сегодня сеть Ethereum работает на протоколе Proof-of-Work (доказательства выполненной работы). Этот алгоритм защиты реализован в системе Bitcoin, он считается самым надежным и безопасным на данный момент, но весьма ресурсозатратным.

Суть его работы заключается в следующем: децентрализованные узлы системы (серверы майнеров) выполняют сложнейшие математические вычисления (решают хеш-функции) для того, чтобы первыми сформировать новый блок (найти цифровую подпись). Когда блок создан, все хосты сети обновляют свой блокчейн и в работу берется следующий блок.

Чтобы оборудование майнера могло справиться с поставленной задачей, сложность которой постоянно увеличивается, оно должно иметь высокую мощность и производительность. Именно посредством криптографических шифров, сеть остается в безопасности и сложна для аннулирования.

Для алгоритма Proof-of-Stake (доказательства доли владения) решающим фактором в определении надежности узла, выступают не вычислительные мощности, а баланс пользователя.

Создавая новый блок транзакций, система как бы замораживает сумму ETH на счетах участников до тех пор, пока не подтвердится действительность выбранных операций, после чего майнеры получают доступ к замороженным активам и вознаграждение за успешную генерацию нового блока.

Если провести аналогии с реальным миром, то POW-майнинг можно сравнить с добычей полезных ископаемых, посредством дорогостоящей техники, а POS-майнинг – с размещением своих сбережений в банке, за которые вам выплачиваются проценты.

Эфириум хочет переориентировать свою систему и в течение 2018-19 года полностью перейти на PoS-алгоритм. В конце 2017 года было организовано рабочее ответвление системы — Byzantium, в котором создавали и разрабатывали новый протокол Casper, ориентированный на объединение двух алгоритмов: PoW и PoS.

Узнай, как зарабатывать на криптовалютах и ICO на бесплатном онлайн мастер-классе

Подробнее

Нельзя сказать, что Эфириум уходит от алгоритма PoW, потому, что он плохой. Этот протокол имеет ряд преимуществ и недостатков. Вот основные из них:

Сильные стороны:

  • надежность: алгоритмически правильный расчет, выбор цепочки и распределения вознаграждения;
  • хороший заработок: не смотря на то, что минимальный стартовый капитал для POW-майнинга измеряется тысячами долларов, отбиваются все вложения за 7-8 месяцев, а дальше происходит увеличение капитала;
  • справедливость: нет единого центра, который может управлять сетью или манипулировать курсом. Конечно, небольшие спекуляции есть, но они имеются в каждом инвестиционном активе. Ваш заработок напрямую определяется показателем хешрейта вашего оборудования.

Слабые стороны:

  • энегрозатратность: сложность вычислений увеличивается в геометрической прогрессии и чем дальше, тем более ресурсоемкими становятся задания;
  • износ оборудования: машины майнеров работают 24/7 на пиковых возможностях;
  • стоимость майнинга: сегодня для добычи популярных криптовалют не достаточно иметь 1 или 2 видеокарты, каждому новому майнеру необходимо строить целую ферму из десятков мощных процессоров, что, естественно, отражается и на стоимости самой монеты.

Самые главные преимущества POS-майнинга заключаются в следующем:

  • во-первых, алгоритм доказательства долевого участия сделает криптовалюту более экологичной и доброжелательной к нашей планете;
  • во-вторых, сеть сможет иметь более высокую масштабируемость;
  • в-третьих, протоколы системы будут иметь лучшую экономику.

Из минусов можно выделить только два:

  • первый – это увеличение инфляции: к этому приводит необходимость хранения монет на балансах и снижение добычи новых;
  • второй – это стимул для концентрации большого количества в одном кошельке, как результат, возможность изменения правил справедливости.

Понимая всю сложность поставленной задачи, команда Эфириума проводит довольно обширную и серьезную работу по созданию максимально безболезненного и безопасного метода перехода от одного протокола к другому. Виталик Бутерин намерен полностью оставить затратный PoW-майнинг и перевести Эфир на экологичный PoS в течение ближайших пару лет.

Friendly Finality Gadget Casper (FFG Casper) – это тестовый протокол гибридного механизма консенсуса PoW/PoS. В новой схеме техника Proof-of-Work сохраняется, но оплата за генерацию блока будет снижена до 0,6 ETH, а также будет добавлен алгоритм PoS. Награда для PoS-майнеров пока не указана.

Сейчас через систему Ethereum каждый день проходит около 1,1 миллиона транзакций — это около половины всех операций в блокчейнах. Чтобы не образовался коллапс сети, замена алгоритмов будет происходить плавно: сначала каждая из ста транзакций будет проверяться PoS, и только если работоспособность и защищенность системы не будет нарушена, это количество будет увеличиваться.

Начнется это после полноценного запуска FFG Casper, который в данном периоде находится в тестовой версии. Более детализованной дорожной карты и точной даты пока не представлено.

Мировой производитель ASIC-майнеров BITMAIN заявил о том, что в 2018 году будет выпущен Antminer E3 для майнинга монет ETH, возможно, что это событие подтолкнет разработчиков ускорить процесс перехода Эфира на Pos.

Какой будет курс Эфириума после перехода на Pos

Как писалось выше, новый метод заработка подразумевает довольно большое оседание монет на кошельках пользователей, а значит, ограничивает их свободное предложение на крипторынке и повышает спрос у покупателей. Поэтому стоимость Эфира на новом алгоритме будет только увеличиваться.

Майнерам Ethereum не останется ничего другого, как накопленные монеты разместить в своем хранилище, и получать пассивный заработок. Возможно, что в скором времени появятся Pos-пулы для коллективного хранения монет.

А дорогое оборудование придется переключить на добычу новой криптовалюты.

Источник: https://CryptoMagic.ru/kriptovaluty/ethereum/pos-mining.html

Трудности перехода: Почему производители вкладывают миллионы в асики для эфириума

А что если эфириум никогда не сменит свой основной алгоритм консенсуса?

Этот вопрос может показаться абсурдным разработчикам, создающим второй по величине блокчейн в мире, в котором давно уже заложены планы перехода с модели Proof-of-Work (PoW) к её альтернативе, Proof-of-Stake (PoS). Тем не менее многие производители делают ставку на то, что в ожидании этого перехода можно успеть заработать небольшое состояние.

Уже несколько майнинговых компаний инвестировали миллионы долларов в создание ASIC-майнеров для эфириума, которые будут работать до тех пор, пока сеть за это им выгодно платит. Один из таких инвесторов — Чэнь Мин, основатель и глава Linzhi, стартапа из Шэньчжэня, который потратил $4 млн.

на разработку самого быстрого асика для эфириума. Ветеран в майнинге, Чэнь ранее работала ведущим инженером асиков в Canaan Creative, одном из трёх основных производителей майнингового оборудования, ориентированного на биткоин. Она ушла из компании, чтобы попробовать силы в создании асиков для эфирума.

Чэнь говорит:

Анонсированный в сентябре асик Linzhi обещает превзойти предыдущие агрегаты для эфириума благодаря существенным улучшениям в энергоэффективности и мощности. Тем не менее он будет иметь смысл только в том случае, если блокчейн сохранит свою текущую кодовую базу. Но Чэнь, похоже, это не слишком беспокоит. В своём комментарии для CoinDesk она говорит:

И это мнение разделяют не только в Linzhi. Bitmain, гигант майнинговой индустрии, ещё в апреле выпустил свою модель асика для эфириума — Antminer E3; майнинговая компания Innosocilion в июне анонсировала целых три установки для эфириума. Чэнь признает неотъемлемый риск в этой непредсказуемой индустрии, отмечая:

Игра с высоким риском

Чэнь убеждена, что PoW — это лучшая система распределения вознаграждения. О PoS Чэнь говорит как о «не слишком умном» решении:

Есть и другие риски, связанные с производством асиков.

На сегодняшний день ряд разработчиков эфириума занимаются предложением под названием ProgPoW, которое призвано внести изменения в код эфириума, чтобы было можно майнить только на видеокартах.

Если оно будет реализовано, то фактически исключит асики из сети.

Чэнь говорит, что такие идеи — вполне предсказуемая реакция на ASIC-майнинг, но в реальности они не решают проблем, связанных с распределением вознаграждения:

Кристи-Ли Минехан, ведущий разработчик ProgPoW, отрицает это и говорит, что «крупных GPU-ферм не существует».

Преимущества асиков

В более широком смысле толчком для ProgPoW стала так называемая война против асиков, в ходе которой несколько криптовалют уже исключили возможность ASIC-майнинга из своих сетей. По словам Чэнь, большая часть тех, кто хочет того же для эфириума, не понимает преимуществ, которые оборудование может принести проекту:

Чэнь добавила, что асики часто осуждают, исходя из моральных, а не рациональных, научных позиций. Указывая на недостаток масштабирования, с которым сталкивается эфириум, Чэнь предполагает, что прорывы в области производства майнингового оборудования способны помочь эфириуму преодолеть текущие проблемы:

Указывая на недавнее предложение сооснователя эфириума Виталика Бутерина масштабировать платформу на аппаратном обеспечении по технологии zk-snarks, Чэнь сказала, что Linzhi сможет производить такое оборудование в будущем, хотя пока не планирует этого.

Крайние меры

В разговоре с CoinDesk Хадсон Джеймсон, сотрудник по связям с общественностью из Ethereum Foundation, заявил, что не знает о каких-либо сторонниках асиков в сообществе разработчиков эфириума, которые могут быть против перехода на PoS.

Наличие асиков, оптимизированных только для запуска одного конкретного алгоритма, может помешать плавному переходу на PoS, ранее известному как Casper, а теперь получившему название Shasper из-за слияния с методом масштабирования под названием «шардинг». Минехан говорит, что в этом и заключается причина, по которой был создан ProgPoW: обеспечить безопасный переход эфириума на PoS без крупных участников вроде Bitmain, «которые манипулируют монетой и ценой».

Чэнь это не очень заботит. Она подчёркивает, что с внедрением таких решений ещё ничего не ясно, и добавляет, что в случае одобрения ProgPoW или PoS её компания перейдёт на конкурирующую платформу, Ethereum Classic, которая позитивнее относится к ASIC-майнингу:

По материалам CoinDesk

Источник: https://coinspot.io/technology/ethereum/trudnosti-perehoda-pochemu-proizvoditeli-vkladyvayut-milliony-v-asiki-dlya-efiriuma/

Сравнение Proof-of-Work и Proof-of-Stake

Любой, кто достаточно близко знаком с биткоином, наверняка понимает, что это революционное достижение, созданное легендарной, смотревшей далеко в будущее личностью или группой лиц.

На первый взгляд, это революционная технология, позволяющая отправлять деньги без участия какого-либо центрального органа власти.

Вам не нужен кто-то, кто будет эмитировать ваши деньги, они просто существуют — что-то наподобие золота.

Однако любой, кто имел время, чтобы ознакомиться немного глубже с устройством биткоина, мог заметить, что технология уходит далеко за пределы денег. В сухом остатке, биткоин — это первая децентрализованная база данных в истории, и трансфер ценности — это одно из многих естественных применений для биткоина.

Но ведь в блокчейне может храниться гораздо более широкий спектр данных. Проекты наподобие Counterparty, Tether и Mastercoin используют децентрализованную природу блокчейна биткоина для широкого диапазона финансовых операций, включая трейдинг и краудфандинг.

Криптоплатформы второго поколения, такие как NXT, Ethereum, Bitshares, предлагают функционал, далеко уходящий за пределы финансовых транзакций. Этот функционал интегрирован ядро системы, а не надстроен поверх него.

Второе поколение криптоплатформ подчеркивает главное в природе распределенной базы данных блокчейна.

Основная идея в основе блокчейна — создать децентрализованную базу данных, работа которой не может быть нарушена каким-либо индивидуальным игроком рынка, и которая используется для хранения произвольных данных.

В этой статье предлагается короткое вводное описание существующих методов создания и обеспечения безопасности таких баз данных, без углубления в технические детали и фокусируясь на основной картине.

Децентрализованная база данных блокчейн

Давайте будем использовать конструктивный подход. Итак, нам нужна децентрализованная база данных, которая может быть доступна и модифицируема всеми участвующими в сети узлами.

База данных должна быть согласованной (все узлы видят абсолютно одинаковую версию базы), доступной (узлы могут записывать данные в базу и читать их из нее в любой момент времени), и устойчивые к разделению (если один узел становится неработоспособным, это никак не отражает на базе данных). Однако, согласно теореме CAP, такая база данных не может существовать. Вы можете достичь двух из трех свойств, но не всех сразу. Мы не можем сочетать доступность или устойчивость к разделению, поэтому нам придется смириться с тем фактом, что разные узлы время от времени могут видеть разные версии блокчейна, обычно называемые форками.

Но мы все-таки должны найти некий рецепт для восстановления согласованности всей системы, так, чтобы все системные узлы имели единую версию блокчейна. Именно здесь и начинается вся красота блокчейна. Децентрализованный блокчейн — не просто произвольная база данных, все записи сформированы в блоки и организованы в линейном порядке.

Каждый последующий блок, как известно, ссылается на своего предшественника. Узлы должны обладать некоторым влиянием, чтобы иметь возможность добавлять записи в базу данных, в то время как процесс записи самой базы данных должен использовать определенные ресурсы для обеспечения работы узлов.

Заставляя узлы «платить» что-либо за возможность записывать в базу данных, мы достигаем сразу двух целей: защита от спам-узлов, которые загрязняют сеть, и – одновременно – решение проблемы выбора «правильной» базы данных, на случай сомнений. Как известно, предпочтение отдается базе данных с набольшим количеством блоков.

В теории, на построение такой базы данных было затрачено больше ресурсов, соответственно, она будет считаться корректной.

Кроме всего вышеперечисленного, нам необходимо защитить сеть от централизации, которая может возникнуть, если отдельный узел будет располагать ресурсами, значительно превышающими ресурсы остальной сети. Ведь если такой максимально эффективный узел появится, он фактически может определять, что может храниться в базе данных, а что нет.

Суммируя, процесс построения базы данных выглядит следующим образом: — узлы отправляют свои данные в децентрализованную сеть для последующей обработки; — узлы формируют данные для добавления в блоки и пытаются добавить уже сформированные блоки в базу данных;

— база данных с наибольшим количеством блоков считается «правильной», все узлы ссылаются на нее при добавлении новых блоков.

А теперь давайте разберемся, какие именно «ресурсы» могут быть использованы для того, чтобы сделать процесс записи в блокчейн «сложным», настолько, чтобы один узел не имел возможности контролировать сеть, если его ресурсы не превышают совокупные ресурсы остальной сети.

Защита блокчейна

Поскольку мы имеем дело с компьютерными сетями, наш выбор «ресурса» относительно очевиден — компьютерная мощность в чистом виде.

Чтобы добавить блок в блокчейн, узел должен решать определенные вычислительные задания, которые значительно усложняют контроль над сетью со стороны одного узла.

Это краткое описание концепта Proof-of-Work (доказательство работы) — в основном предполагающего способность узла проверить, что майнер (в роли которого выступает узел, добавляющий новый блок в блокчейн) фактически выполнил расчеты.

В биткоине ноды производят итерации в порядке, называемом «одноразовый». Это включает в себя попытку найти хэш заголовка блока (часть блокчейна, которая содержит ссылку на предыдущий блок, и содержит суммированное значение транзакций, включенных в блок), который будет по своему значению соответствовать текущему уровню сложности.

Эти вычисления могут производиться только в интерактивном режиме, и сложность устанавливается на таком уровне, что она действительно является сложной. В тоже время проверка результатов вычислений остается простой. Узлы всегда могут удостовериться, что майнер нашел корректное значение.

Proof-of-work биткоина породил целую новую индустрию майнинга и стал импульсом к разработке специализированного оборудования. Как известно, ресурсы, расходуемые на хеширование блоков биткоина, огромны и намного превышают мощности крупнейших суперкомпьютеров.

При этом результаты вычислений майнеров не имеют никакой ценности за пределами экосистемы биткоина, что заставляет многих задуматься над тем, что все эти ресурсы можно было бы использовать в более полезном направлении. Это конечно повод для отдельной дискуссии, хотя обеспечение безопасности сети биткоин — уже достаточно благородная цель. В любом случае, некоторые другие возможности должны быть рассмотрены.

Proof-of-stake

Биткоин, в первую очередь, — децентрализованная система финансовых транзакций. Блокчейн биткоина может быть использован для других вещей, но очевидно, что он был разработан, чтобы стать «более хорошими деньгами».

Узлы отправляют друг другу блокчейн-токены (определенное значение, связанное с транзакционными входами и выходами), которое эффективно создает биткоин-баланс узла получателя (в действительности, база данных биткоина не содержит никаких балансов, вместо них содержатся транзакционные входы и выходы).

Это дало человеку под ником Sunnyking, создателю криптовалюты Peercoin, идею использовать «стейк» (“stake”) — некоторое значение, заблокированное на транзакционных выходах, в качестве ресурса, который определяет, какой узел получает право на майнинг следующего блока.

В подходе proof-of-stake узлы также пытаются хэшировать данные в поисках результата меньше определенного значения, но сложность в данном случае распределяется пропорционально и в соответствии с балансом данного узла. Иными словами — в соответствии с количеством монет (токенов) на вашем счету.

Таким образом, узел с большим балансом имеет больше шансов сгенерировать следующий блок.

И поскольку маловероятно, что конкретному узлу не так интересно иметь больший баланс, чем у остальной сети, эта схема выглядит достаточно привлекательной, прежде всего из-за небольших требований к вычислительным ресурсам, а также потому, что не возникает ситуации «выброшенных» компьютерных мощностей.

На первый взгляд PoS выглядит более удачным решением, чем PoW, но в действительности не все так просто. PoW, помимо потребления огромного количества энергии, также имеет существенные недостатки.

Биткоин-майнеры организовываются в майнинг-пулы, и оператор пула, теоретически может контролировать большую часть вычислительных мощностей сети.

С этой точки зрения децентрализация теряется, и один крупный игрок может контролировать всю сеть.

Однако у PoW есть и свои преимущества. PoW-майнеры расходуют много электричества, ресурса, который является внешним с точки зрения сети. PoS-майнеры используют внутренний ресурс – балансы своих аккаунтов. Это помогает им тратить гораздо меньше внешних ресурсов на вычисления.

Это корень знаменитой проблемы Nothing-at-Stake (пустой стэк), которая делает PoS системы по своей природе нестабильными в глазах многих криптовалютных энтузиастов. Атакующий может попытаться сделать форк блокчейна, т. е. создать более длинную альтернативную цепочку посредством расходования «несуществующих» ресурсов.

Более того, его могут поддержать другие майнеры, поскольку также не расходуют «подлинные» ресурсы.

Посредством форка атакующий может отклонять определенные транзакции и осуществлять атаки «двойного расхода» (платить мерчантам, получать товары, делать форк блокчейна и замещать платеж продавцу платежом на собственный аккаунт в альтернативном блокчейне).

Проблема Nothing-at-Stake проявляет себя во всех векторах атак на PoS системы. Условно, атака может делиться две категории: ближние и дальние. В случае с ближними атаками происходит замена большинства последних блоков, при дальней атаке атакующий идет глубже, пытаясь заменить всю историю сети. Дойти он может вплоть до генезис-блока.

Ближние атаки

Давайте для начала рассмотрим ближние атаки. Атакующий пытается сделать форк большинства последних блоков, начиная с блока, который им предшествует.

Цель этих действий — построить цепочку блоков, которая будет длиннее существующей на данный момент.

Другие майнинг-узлы, видя активность атакующего, могут иметь стимулы помочь ему, поскольку им это ничего не будет стоить: стоимость вычислений минимальна, а майнинг в двух разных блокчейнах увеличивает их шансы оказаться в правильном блокчейне.

Стоит отметить, что на практике все не так просто, как выглядит в теории, поскольку большая часть сети будет продолжать майнить в основной цепочке и нуждается в хорошей координации и согласованности действий со стороны атакующих. Теоретически, однако, такая атака вполне возможна.

Классическая стратегия предотвращения ближних атак состоит в исключении вредоносных узлов. Преимущество PoS-системы перед PoW-системой – в её большей детерминированности. Как правило, шанс узла сгенерировать следующий блок в PoS-системе зависит от адреса узла, его баланса, текущей сложности и временной метки.

Пространство поиска ограничено количеством секунд между смежными блоками (поскольку это единственный параметр, который изменяется). Таким образом, становится возможным предугадать следующий узел майнинга (или, как это принято называть в PoS – форжинга) и наложить на него санкции посредством отклонения его версии блокчейна.

Именно так разработана NXT, одна из первых криптовалют второго поколения.

https://www.youtube.com/watch?v=ju-HM-IH5Fg

Другой подход заключается в том, чтобы обязать майнеров делать взнос в виде определенного количества сетевых токенов до начала работы.

Когда узел видит, что майнер подписал своим общедоступным ключом два соревнующихся блока на двух соревнующихся блокчейнах, он сообщает об этом, и залог у майнера конфискуется.

Именно такой подход будет использован в протоколе Ethereum, и пока что он не реализован ни в одной из криптовалют.

В большинстве существующих криптовалют по-прежнему используются централизованные контрольные точки, и разработчикам периодически приходится подтверждать правильную версию блокчейна.

Это выглядит не совсем правильно с точки зрения децентрализованной природы криптовалют, но не будем забывать о вопросах, которые возникают у биткоина к централизованным пулам.

Gigahash, крупнейший майнинг-пул биткоина, добровольно согласился контролировать не более 50% сети, хотя способен и на большее.

Дальние атаки

Теперь давайте посмотрим на дальние атаки. Именно здесь дело для PoS принимает серьезный оборот, по крайне мере, в теории. Погружаясь в глубину блокчейна, атакующий пытается заменить всю историю транзакций.

Поскольку вычислительные усилия для PoS-систем намного скромнее, в теории он может начать со старого блока и расположить транзакции таким образом, что будет в состоянии создать более длинный, чем существующий, блокчейн.

Он даже может попытаться купить персональные ключи от старых аккаунтов, на которых какое-то время назад имелся баланс, и использовать их для подделки форка.

Помешать этому можно, ограничив глубину, начиная с которой сетевые узлы могу принимать новый форк. К примеру, в случае с NXT, если форк стартовал более 720 блоков назад, сетевые узлы его не примут. Однако, чтобы отклонить форк, узел должен иметь копию нынешнего блокчейна, чем не располагает новый, только что присоединившийся форк.

Сейчас нет «теоретического» способа помешать атакующему «скормить» свой форк новому узлу. Атакующий может успешно навязать новым узлам свой субъективный взгляд на историю сети.

Поэтому определенная централизация на данный момент представляется неизбежной, поскольку доверяемые узлы должны предоставить текущий блокчейн новому участнику.

Это называется «слабой субъективностью» и представляется практически неизбежной мерой для существующий теорий PoS.

На что нам хотелось бы обратить внимание, это определенное сходство между система PoS- и PoW-системами в вопросах обеспечения безопасности. Оба подхода полагаются на добрую волю и порядочность разработчиков.

Многие POS-системы были форкнуты разработчиками, чтобы “отмотать” историю назад после успешных атак на блокчейн или даже просто обмен большого количества криптовалюты, происхождение которой вызывало вопросы.

Споры между сторонниками обеих системы длятся уже много лет, но природа этих споров больше теоретическая. Практика показывает, что роль разработчика в вопросах обеспечения безопасности по-прежнему очень высока.

Лично я считаю, что самым безопасным решением для будущих криптовалют будет своего рода смесь PoS- и PoW-систем. Более того, это уже является самым распространенным подходом. У многих криптовалют существует этап PoW, когда валюта выпускается через выплату майнерам новыми монетами, и этап PoS, наступающий после того, как вся валюта была выпущена.

Вероятно, большинство серьезных криптовалют не станут отказываться от PoW – менталитет Nothing-at-Stake крепко сидит в головах экспертов по криптовалютам. Однако PoS-системы всегда будут более легкими для имплементации и такими же надежными с точки зрения безопасности, как и PoW-системы.

Саша Иванов специально для ForkLog

Нашли ошибку в тексте? Выделите ее и нажмите CTRL+ENTER

Источник: https://forklog.com/comparing-pow-and-pos/

Масштабируемость блокчейнов: когда, где, как? (Часть 2)

Криптовалюты привлекают к себе все больше внимания. Взгляните на темпы роста популярности Биткойна и Эфириума. Изначально архитектура криптовалют не была рассчитана на широкое использование и внедрение. Пока транзакций было немного, всё работало нормально, но, как только криптовалюты обрели популярность, начались проблемы.

Proof of stake

Переход Эфириума с протокола proof of work на proof of stake — это важное событие для всего криптомира.

  • Proof of work (PoW): этот протокол до сих пор применяется в сетях большинства криптовалют (в Эфириуме и Биткойне, например). При его использовании майнеры «добывают» криптовалюты, решая криптографические задачи с помощью специального оборудования.
  • Proof of stake (PoS): этот протокол делает весь процесс майнинга виртуальным. В такой системе майнеров заменяют валидаторы. Процесс выглядит так: сначала вам, как валидатору, нужно заблокировать некоторую часть принадлежащих ему эфиров в качестве доли. После этого вы сможете подтверждать блоки. Это значит, что, если вы нашли блок, который, по вашему мнению, следует включить в блокчейн, вы можете валидировать его, поставив на него свою долю. Когда и если этот блок будет добавлен в блокчейн, вы получите вознаграждение, пропорциональное той доле, которую вложили. Но если вы утвердили неверный или вредоносный блок, то потеряете свою долю.

Для перехода на PoS команда Эфириума будет использовать алгоритм консенсуса Casper.

Вначале это будет гибридная система, где основная часть транзакций по-прежнему будет подтверждаться с использованием PoW, а каждая сотая транзакция – с помощью PoS.

Это позволит в реальных условиях протестировать протокол PoS на платформе Эфириума. Но что это значит для Эфириума, и какие преимущества дает этот протокол? Давайте посмотрим.

Преимущества Proof of Stake

  • Снижение общих энергетических и денежных затрат: майнеры биткойнов со всего мира тратят на электричество примерно 50 000 $ в час. Это 1,2 млн долларов в день, 36 млн в месяц и около 450 млн долларов в год! Только задумайтесь об этих цифрах и объемах затрачиваемой энергии. Протокол PoS позволяет сделать весь процесс полностью виртуальным  и сократить все эти расходы.
  • Отсутствие преимуществ у ASIC: так как весь процесс станет виртуальным, его результат не будет зависеть от того, у кого есть более мощное оборудование или ASIC (специализированные интегральные схемы).
  • Более надежная защита от атаки 51 %: эта атака представляет собой ситуацию, когда группа майнеров получает в свое распоряжение более 50 % всей вычислительной мощности сети. Протокол PoS не позволяет осуществить такую атаку.
  • Защита от недобросовестных действий со стороны майнеров (валидаторов): валидатор, который заблокировал свои средства в блокчейне, не станет включать в него неправильные или вредоносные блоки, потому что в таком случае он потеряет всю вложенную долю.
  • Создание блока: протокол ускоряет создание новых блоков и весь процесс в целом.
  • Масштабируемость: протокол обеспечивает масштабируемость блокчейна за счет применения концепции шардинга.

Как это решит проблему масштабируемости блокчейна?

Внедрение PoS позволит ускорить процесс добавления блоков в цепочку, так как легче проверить, у кого самая крупная доля, чем выяснить, кто обладает наибольшей вычислительной мощностью. Это упрощает достижение консенсуса. Кроме того, реализация блокчейна с PoS – это неотъемлемая часть Serenity, четвертой и окончательной версии Эфириума.

В то же время PoS упрощает реализацию шардинга. В системе с протоколом PoW злоумышленнику будет проще атаковать отдельные шарды, обладающие небольшой вычислительной мощностью.

Кроме того, майнеры в такой сети не будут получать вознаграждений за формирование блока. Они смогут зарабатывать только за счет комиссий. И поэтому они будут заинтересованы в увеличении размера блока, чтобы включать в него больше транзакций (за счет управления расходом газа).

Будущее протокола PoS

В тестовой сети запущен алгоритм Casper. После его внедрения каждый сотый блок будет добываться по протоколу PoS. Ёити Хирай (Yoichi Hirai) из Ethereum Foundation проверяет скрипты Casper с помощью математических детекторов ошибок.

Основная задача – перейти на создание блоков с помощью протокола PoS. Чтобы добиться этого, разработчики активируют бомбу сложности замедленного действия, которая будет усложнять майнинг в геометрической прогрессии.

И тогда в сети Эфириума наступит так называемый «Ледниковый период». Невероятно высокая сложность майнинга значительно снизит скорость хеширования, что, в свою очередь, повлияет на скорость всей сети и скорость работы децентрализованных приложений на базе этого блокчейна.

Это заставит всех участников сети Эфириума перейти на протокол PoS.

Но у такого перехода есть свои сложности. Больше всего люди опасаются, что майнеры проведут хардфорк до наступления Ледникового периода и будут работать с новой цепочкой. Это может стать катастрофой, потому что тогда у нас уже будет 3 разных цепочки Эфириума: Эфириум Классик, Эфириум Proof-of-Work и Эфириум Proof-of-Stake.

Пока все это лишь спекуляции. Сейчас важно то, что Эфириуму необходим протокол PoS, чтобы добиться той скорости и гибкости, которые требуются для его масштабирования.

Шардинг

Самая большая проблема для Эфириума — это низкая скорость подтверждения транзакций. Сейчас каждая полная нода в сети должна скачивать и хранить весь блокчейн. А шардинг представляет собой разделение транзакций на шарды и распределение их по сети. Ноды параллельно обрабатывают транзакции отдельных шардов. Это снижает общие затраты времени.

Представьте, что Эфириум разделен на тысячи островов. Каждый остров может выполнять собственную работу. У каждого острова есть уникальные свойства, и все его жители могут взаимодействовать друг с другом и свободно пользоваться этими свойствами. Для связи с другими островами они будут использовать некий протокол.

Вопрос в том, как в таком случае изменится блокчейн.

Как выглядит обычный блок в Биткойне или Эфириуме (до шардинга)?

Итак, блок состоит из заголовка и тела, которое содержит все транзакции. Корень всех транзакций находится в заголовке.

Теперь подумайте вот о чем.

  • Биткойну действительно были нужны блоки?
  • А был ли ему нужен блокчейн?
  • Сатоши мог просто создать цепочку транзакций, включая хеш предыдущей транзакции в более новую.

Он разместил эти транзакции в блоках, чтобы создать один уровень взаимодействия и добиться лучшей масштабируемости всего процесса. А разработчики Эфириума предлагают создать два уровня взаимодействия.

Первый уровень

Первый уровень — это группа транзакций. Каждый шард имеет собственную группу транзакций.

Источник: Hackernoon.

Группа транзакций делится на заголовок и тело.

Заголовок группы транзакций

  • Заголовок делится на четко выраженные левую и правую части.

Левая часть

  • Shard ID: идентификатор шарда, которому принадлежит группа транзакций.
  • Pre state root (корень пред-состояния): это корень состояния шарда 43 перед включением транзакций.
  • Post state root (корень пост-состояния): это корень состояния шарда 43 после включения транзакций.
  • Receipt root: корень квитанций (receipt) после включения всех транзакций в шард 43.

Правая часть

  • Правая часть полностью состоит из валидаторов, которые проверяют транзакции в шарде. Они выбираются случайным образом.

Тело группы транзакций

  • Тело содержит все идентификаторы транзакций шарда.

Свойства первого уровня

  • Каждая транзакция включает идентификатор шарда, которому она принадлежит.
  • Транзакция, принадлежащая определенному шарду, указывает, что она осуществляется между двумя аккаунтами, которые относятся к тому же шарду.
  • Группа транзакций включает транзакции, которые закреплены только за определенным шардом, и они уникальны.
  • Указывает корень пред- и пост-состояния.

Теперь рассмотрим верхний или второй уровень.

Второй уровень

Источник: Hackernoon.

Не пугайтесь! Выглядит сложно, но на самом деле все не так.

Это обычный блокчейн, но теперь он содержит два основных корня:

  • корень состояний;
  • корень группы транзакций.

Корень состояний представляет собой общее состояние. Оно, как мы видели ранее, делится на шарды, которые содержат собственные подсостояния.

Корень группы транзакций содержит все группы транзакций внутри блока.

Свойства второго уровня

  • Второй уровень напоминает простой блокчейн, который вместо транзакций принимает группы транзакций.
  • Группа транзакций считается верной, если: а) корень пред-состояния соответствует текущему корню состояния шарда,и б) все подписи в группе транзакций проверены.
  • При включении группы транзакций корень текущего состояния шарда становится корнем пост-состояния.

Как же происходит взаимодействие между шардами?

Вспомните аналогию с островами.

В целом шарды на них похожи. Как эти острова взаимодействуют друг с другом? Как мы знаем, задача шардов — обеспечивать параллельную обработку множества транзакций и тем самым повышать производительность сети. Если взаимодействие между шардами будет происходить случайным образом, добиться этого не получится.

Так какой протокол нужен для взаимодействия между шардами?

Разработчики Эфириума решили использовать для таких взаимодействий квитанции (receipt). Взгляните:

Источник: Hackernoon.

Как видите, к каждой отдельной квитанции любой транзакции можно легко получить доступ через деревья Меркла от корня группы транзакций. Каждая транзакция в шарде будет выполнять два действия:

  • менять состояние шарда, к которому она относится;
  • генерировать квитанцию.

А вот еще одна интересная деталь. Квитанции хранятся в распределенной общей памяти, которую другие шарды могут просматривать, но не изменять. Поэтому шарды могут взаимодействовать друг с другом посредством квитанций, например, так:

Источник: Hackernoon.

В чем заключаются сложности реализации шардинга?

  • Необходим механизм, позволяющий узнать, какая нода за какой шард отвечает. Этот механизм должен быть безопасным и эффективным, чтобы обеспечить параллельную работу и защиту.
  • По мнению Влада Замфира (Vlad Zamfir), для реализации шардинга сначала необходимо перейти на протокол PoS. В системе PoW злоумышленникам будет проще атаковать шарды с меньшей вычислительной мощностью.
  • Ноды работают в системе, где доверие исключено, то есть нода A не верит ноде Б, но, несмотря на это, они должны прийти к консенсусу. Поэтому, если какая-либо группа транзакций разбивается и распределяется между нодами А и Б, необходим некий механизм доказательства, который позволит подтвердить, что ноды завершили обработку своей части шарда.

Офчейн-каналы состояния

Что такое канал состояния?

Канал состояния — это канал двусторонней связи между участниками, который позволяет им взаимодействовать вне блокчейна. Это значительно снижает время проведения транзакции, так как пользователь не зависит от третьих лиц – например, майнеров – в процессе проверки своей транзакции.

Что необходимо для создания офчейн-канала состояния?

  • Часть состояния блокчейна нужно заблокировать с помощью мультиподписи или какого-либо смарт-контракта, который согласован рядом участников.
  • Они взаимодействуют друг с другом: подписывают транзакции между собой и не отправляют ничего майнерам.
  • Затем весь набор транзакций вносится в блокчейн.

По словам основателя Slock.

it Стефана Туаля (Stephan Thual), каналы состояния можно закрыть в соответствии с условиями, которые заранее определены участниками. Например:

  • через некоторый промежуток времени: участники могут открыть канал состояния и закрыть его спустя 2 часа;
  • на основе общей суммы транзакций: участники могут закрыть канал, когда сумма всех транзакций достигнет, скажем, 100 $.

Источник: статья Стефана Туаля в Medium.

Взгляните на картинку выше. У нас есть машина, которая напрямую взаимодействует с зарядной станцией и совершает транзакции общей стоимостью 39,19 долларов. После ряда взаимодействий весь набор транзакций добавляется в блокчейн. Представьте, сколько бы времени потребовалось, если бы пришлось добавлять в блокчейн каждую транзакцию по отдельности!

В Биткойне планируют реализовать свой аналог офчейн-канала состояния. Это Lightning Network.

Что такое Lightning Network?

Lightning Network — это офчейн-система микроплатежей, которая позволяет ускорить проведение транзакций. Джозеф Пун (Joseph Poo) и Тадж Драйя (Tadge Dryja) описали эту концепцию в своей «белой книге». Lightning Network работает поверх Биткойна. Ее часто называют вторым уровнем. Джимми Сонг (Jimmy Song) отметил в своей статье:

Эта сеть позволит Алисе и Бобу взаимодействовать друг с другом и не зависеть от третьей стороны – от майнеров. Для того чтобы воспользоваться таким каналом, транзакцию должны подписать оба участника, прежде чем она попадет в сеть. Двусторонняя подпись критически важна для осуществления транзакции.

Но здесь возникает проблема.

В ходе двойной проверки рассматривается идентификатор транзакции. Если по какой-либо причине он изменится, в системе возникнет ошибка, и Lightning Network не активируется. Если вы не знаете, что такое идентификатор транзакции, то я поясню: это имя транзакции или ее хеш.

Ошибка, называемая «пластичностью транзакции», может привести к изменению идентификатора. Но активация SegWit устраняет эту проблему.

Разработчики Эфириума тоже планируют активировать аналог Lightning Network, который называется Raiden.

Plasma

Plasma вместе с Lightning Network/Raiden введет в архитектуру Эфириума целый новый уровень:

Источник: Medium.

Plasma — это ряд контрактов, которые работают поверх корневой цепочки (основного блокчейна Эфириума). Чтобы понять общую архитектуру и структуру такой системы, представьте основной блокчейн и цепочки Plasma в виде дерева. Основной блокчейн – это корень, а цепочки Plasma, или дочерние блокчейны, это ветви.

Такая архитектура значительно снижает нагрузку на основной блокчейн. Периодически ветви отправляют в корень отчеты. На самом деле, корневую цепочку можно рассматривать как верховный суд, а все ветви, как нижестоящие суды, которые получают власть от верховного.

Все цепочки-ветви могут выпускать собственные уникальные токены для стимулирования валидаторов, чтобы они защищали их и гарантировали им корректную работу. Каждая ветвь имеет собственную независимую базу данных. Когда приходит время для отправки каких-либо данных в основную цепочку, она передает только хеш заголовка блока.

Plasma не только сберегает пространство в основной цепочке, но и значительно ускоряет проведение транзакций. При должной реализации Plasma может стать самым революционным новшеством для Эфириума и мира криптовалют за всю их историю.

Перспективы

Криптовалюты – и в особенности Биткойн и Эфириум – становятся все более популярными. Чтобы удовлетворить растущий спрос, разработчикам необходимо серьезно подойти к вопросу масштабируемости. К счастью, уже есть несколько отличных решений, которые дают интересные результаты. Смогут ли они решить проблему? Время покажет.

Источник.

Рубрики:Анализ, Новичкам, Теория, Ethereum

Источник: https://ethclassic.ru/2018/03/24/blockchain-scalability-2/

Переход Ethereum на протокол Casper: нужно ли майнерам бояться Proof-of-Stake?

В 2018 году должен состояться долгожданный переход Ethereum на новый протокол — Casper. Вокруг темы ходит множество слухов.

Особенно популярна теория о конце эры майнинга после запуска Casper, так как главная задача протокола — внедрение алгоритма Proof-of-Stake. Михаил Королев, CEO компании 2Miners.

com, рассказывает о причинах перехода на новый протокол и потенциальной выгоде майнинг-сообщества.

Откуда взялся Casper

Casper — важное улучшение системы Ethereum, которое включено в дорожную карту платформы на 2018 год вместе с решениями Sharding и Plasma.

Sharding предполагает увеличение количества транзакций. Сейчас показатель Ethereum равен 20 операциям в секунду, тогда как результат платежной системы Visa — 55 000 транзакций за это же время.

Как отмечал сооснователь Ethereum Виталик Бутерин, Sharding станет ключом к масштабируемости сети и позволит добиться увеличения количества транзакций в сотни раз «без супернод, мастернод, сумасшедших серверных нод».

Plasma — это система смарт-контрактов, которую предложили создать Виталик Бутерин и соавтор White Paper сети Lightning Джозеф Пун. Идея платформы сводится к разработке множества отдельных блокчейнов, которые при этом связаны друг с другом.

Благодаря внедрению протокола каждому узлу сети не придется подтверждать все транзакции.

Например, популярная игра CryptoKitties, которая в декабре перегрузила сеть Ethereum, сможет работать внутри отдельного блокчейна и не окажет влияние на другие операции.

Отличия PoS и PoW

Ключевая особенность протокола Casper — изменение алгоритма консенсуса:   переход с используемого сейчас протокола Proof-of-Work (PoW, «доказательство выполненной работы») на Proof-of-Stake (PoS, «доказательство владения»). Чтобы объяснить необходимость перехода на новый алгоритм, необходимо рассказать о его отличиях от Proof-of-Work.

При использовании PoW блоки подтверждают майнеры, а положение дел в сети относительно справедливое.

На длинной дистанции владельцы ферм должны получать вознаграждение, пропорциональное их хешрейту (единица измерения вычислительной мощности оборудования майнеров).

Proof-of-Stake подразумевает присуждение награды за величину доли владения: чем больше у майнера монет, тем выше его шансы стать ещё богаче.

Причины перехода на алгоритм Proof-of-Stake

У Proof-of-Work есть существенные недостатки, вызывающие недовольство майнинг-сообщества:

    • майнинг требует расхода огромных объемов электричества, но при этом не приносит никакой пользы для реального мира;
    • сеть уязвима для «атаки 51 процента», которая позволит ее организаторам единолично получать всю прибыль от вычисления блоков и совершать двойную трату монет;
    • майнерам приходится иметь дело с фиатными деньгами для покупки видеокарт и оплаты электричества. При падении курсов криптовалют владельцы ферм вынуждены тратить накопления на оплату счетов, что провоцирует ухудшение ситуации.

Что предлагает Proof-of-Stake

Алгоритм PoS отвечает вескими аргументами:

    • для поддержания PoS не требуются огромные затраты энергии. В итоге электричество уходит на более полезные дела для жизни человека, а гигантские майнинг-фермы не растапливают замерзшие регионы планеты;
    • «атака 51 процента» теряет смысл: для власти в сети нужны огромные запасы криптовалюты, поэтому взлом обойдется слишком дорого. Даже если хакеры найдут нужную сумму, кража прежде всего ударит по карману самих мошенников;
    • в теории должна минимизироваться коррекция, которая не дает спать ходлерам с конца декабря. Гаранты работы сети — «киты» с большими активами — увеличат доверие к криптовалюте и будут способствовать ее росту.

Почему Ethereum откладывает переход?

Решения PoS кажутся логичными и правильными. Но почему команда разработчиков постоянно откладывает переход и называет все новые даты? Дело в том, что у алгоритма Proof-of-Stake тоже есть недостатки:

    • «несправедливость» экономики. Система PoS предполагает выплаты пропорционально накоплениям. Иначе говоря, «богатые» будут богатеть, а «бедные» останутся не у дел. К тому же, по ходу стабильного роста курса войти в нишу будет практически невозможно;
    • риск взлома. Стейкинг требует хранения средств на «горячем» кошельке, из-за чего вероятность результативной хакерской атаки увеличивается;
    • накапливание состояний. Сеть будет сконцентрирована в руках «богатых». Как они воспользуются своим положением — неизвестно.

Наконец, PoS может определить только то, какая цепочка будет главной. Вознаграждение майнеров, определение автора добытого блока и фиксация времени произошедшего — не про Proof-of-Stake.

Как работает протокол Casper?

Последняя версия протокола представляет собой гибрид алгоритмов Proof-of-Work и Proof-of-Stake. Для создания блоков по-прежнему используется работа майнеров, а для фиксации контрольных точек блокчейна применяется «доказательство доли владения».

Система PoS создаёт дополнительную прослойку безопасности поверх результатов работы PoW. Для этого владельцы «стейков» отправляют личные монеты в пул валидаторов, после чего их доля оказывается за пределами цепочки каждые сто блоков.

Блок будет считаться найденным только в том случае, если предложение поддержат две трети участников. Если голоса не набираются, цепь продолжает работу на усилиях майнеров. Пока неизвестно, какое вознаграждение будут получать владельцы ферм.

Самая популярная версия в сообществе — 0,6 монеты ETH.

В теории у Casper есть несколько слабых мест. Например, в случае отказа от участия более 33% «стейкеров» система вернётся к алгоритму PoW. Также есть риски «атаки издалека» и создания нового формата реорганизации. Последний сценарий возможен в случае, если две трети «стейкеров» поддержат PoW-цепочка, которая не является ведущей. Его считают крупнейшим недостатком обновленной системы.

Перспективы Casper

При этом само решение, которое предлагают создатели Ethereum, сегодня является лучшим среди всех, предлагаемых на рынке. Комбинация элементов Proof-of-Work и Proof-of-Stake гарантирует новый уровень безопасности и решает старые проблемы. В теории появляется новые риски, но разработчики наверняка придумают способ их нивелировать.

В выигрыше от внедрения Casper могут оказаться конечные пользователи. После реализации протокола мы забудем о ненавистных проседаниях курса и перейдем в новую эру развития Ethereum, за которым подтянутся и остальные.

Источник: https://bloomchain.ru/blockchain-fintech/perehod-ethereum-na-protokol-casper-nuzhno-li-majneram-boyatsya-proof-of-stake/

Ссылка на основную публикацию