💬 Компромиссы и преимущества перехода Ethereum на сеть Proof-of-Stake

Компромиссы и преимущества перехода Ethereum на сеть Proof-of-Stake

Макс Шеннон, аналитик цифровых активов в крупной европейской инвестиционной компании CoinShares, занимающейся цифровыми активами.

__________

У Эфириума есть развивающаяся, но структурированная дорожная карта изменений протокола.

Еще до запуска в 2015 году разработчики Ethereum уже заявили о намерении заменить механизм консенсуса Proof-of-Work (PoW) альтернативным: Proof-of-Stake (PoS). Хотя было сочтено слишком рискованным с технической точки зрения запускать сеть с чем-либо, кроме PoW, возможный переход на PoS был основной целью разработчиков Ethereum и долгожданной вехой в их дорожной карте.

Переход на PoS считается чрезвычайно важной вехой, потому что разработчики рассматривают его как ключевую предпосылку для нескольких последующих целей развития, а также потому, что сообщество Ethereum считает, что снижение энергопотребления стоит компромиссов в атрибутах протокола, которые оно генерирует.

Переход на PoS считается чрезвычайно важной вехой, поскольку разработчики рассматривают его как ключевую предпосылку для нескольких последующих целей разработки, а также потому, что сообщество Ethereum считает, что снижение энергопотребления стоит компромиссов в атрибутах протокола. генерирует.

Хотя и могут быть внесены некоторые изменения, сама дорожная карта разработки предшествует запуску Ethereum и существует с тех пор, как сеть находилась только на этапе тестовой сети. Многие из изменений, описанных в развивающейся дорожной карте, уже реализованы, но переход на PoS, один из самых сложных и сложных изменений, еще не завершен и в настоящее время откладывается.

Причин задержек много, и они сложны, но они более или менее сводятся к тому, что PoS оказывается гораздо более сложным с технической точки зрения для безопасной реализации, чем изначально предполагалось разработчиками. Было предложено и оценено множество прототипов, но проблемы продолжали возникать, что требовало постоянных многолетних исправлений ошибок и изменений дизайна.

Мы даже можем наблюдать последовательные задержки миграции, часто называемой слиянием, из данных блокчейна. Уверенный, что реализация PoS всегда будет под рукой, протокол Ethereum содержит жестко закодированное экспоненциальное увеличение сложности майнинга. Этот механизм называется бомбой сложности и предназначен для того, чтобы вызвать разъединение сложности майнинга и доходов, вынуждая майнеров отказываться от цепочки PoW, оставляя альтернативную цепочку PoS единственной жизнеспособной.

На рисунке выше можно наблюдать три отдельных «взрыва» бомбы сложности. Они видны как в виде экспоненциального увеличения времени блока, так и в виде быстрого расхождения между хешрейтом и сложностью. Однако, поскольку PoS никогда не был готов к реализации во время детонации (или предстоящей детонации), разработчики Ethereum пять раз откатывали бомбу сложности.

При всем этом, и хотя на момент написания не существует конкретной даты для слияния (и слияние действительно было снова перенесено с первого полугодия 2022 года, ориентировочно на второе полугодие 2022 года), появляются признаки, которые, возможно, оправдывают осторожный оптимизм в отношении того, что PoS на этот раз реализация может действительно произойти.

С учетом всего вышесказанного, и хотя на момент написания этой статьи не существует конкретной даты слияния (а слияние действительно было снова перенесено с первого полугодия 2022 г., ориентировочно, на второе полугодие 2022 г.), появляются признаки, которые, возможно, требуют осторожности. оптимизм в отношении того, что на этот раз реализация PoS действительно может появиться.

Итак, давайте быстро посмотрим, как на самом деле будет выглядеть следующая фаза Ethereum.

Будущее сегментирование также зависит от слияния.

Помимо PoS (The Merge), второй важной частью следующего этапа Ethereum является внедрение сегментации. Разделение — это метод масштабируемости протокола блокчейна, при котором протокол увеличивает свою пропускную способность за счет разделения блокчейна на множество блокчейнов (осколков), позволяя отдельным компьютерам выбирать, с каким из множества блокчейнов работать.

Разделение позволяет увеличить общую пропускную способность протокола без увеличения вычислительных потребностей отдельных компьютеров, работающих над ним. Другими словами, Эфириум сможет обрабатывать гораздо больше информации, по-прежнему надеясь полагаться на относительно случайных пользователей, предоставляющих распределенную вычислительную мощность через обычные потребительские компьютеры.

Разделение позволяет увеличить общую пропускную способность протокола без увеличения вычислительной нагрузки отдельных компьютеров, работающих с ним. Другими словами, Эфириум сможет обрабатывать гораздо больше информации, по-прежнему надеясь полагаться на относительно случайных пользователей, предоставляющих распределенную вычислительную мощность через обычные потребительские компьютеры.

В мире информатики это называется методом горизонтального масштабирования. Горизонтальное масштабирование характеризуется увеличением пропускной способности/возможностей за счет добавления в сеть большего количества отдельных компьютеров. Его альтернативой является вертикальное масштабирование, при котором увеличение масштаба достигается только за счет увеличения пропускной способности/возможностей отдельных сетевых компьютеров.

В мире протоколов блокчейна увеличение размеров блоков или увеличение частоты блоков (сокращение целевого времени между блоками) являются примерами вертикального масштабирования, поскольку они требуют, чтобы все участвующие компьютеры были очень мощными (что дорого). И наоборот, сегментирование обеспечивает дополнительную пропускную способность/возможности, что означает возможность обрабатывать гораздо больше транзакций и смарт-контрактов в секунду при гораздо меньших затратах, путем добавления большего числа участников сети, предполагая, что все они будут заботиться об отдельных сегментах.

Добавление PoS и сегментирования влечет за собой важные компромиссы в сетевых атрибутах.

При разработке децентрализованных одноранговых сетей идеальных решений проблем не бывает. Есть только затраты, вознаграждения и компромиссы.

И наоборот, при анализе предлагаемых изменений в протоколах блокчейна очень важно не поддаться оптимизму, который часто пронизывает сообщества разработчиков и пользователей различных сетей (и не стать жертвой всепроникающего пессимизма, распространенного среди конкурентов). Итак, давайте кратко рассмотрим компромиссы, на которые готово пойти сообщество Ethereum, чтобы добиться повышенной пропускной способности/возможностей в сети и свести энергопотребление протокола практически к нулю.

Компромисс между горизонтальным масштабированием сети блокчейн и поддержанием низкой пропускной способности заключается в том, что сеть в целом становится больше похожей на сеть клиент-сервер, чем на одноранговую сеть, теряя важную децентрализацию. преимущества.

Почему? Вкратце, чтобы быть полноправным партнером в сети блокчейна, то есть кем-то, кто участвует в сети без необходимости доверять любому другому участнику сети, пользователь должен иметь возможность полностью проверить каждое отдельное событие, происходящее в сети. . При наличии множества блокчейнов (или одного огромного) для проверки вычислительные ресурсы и пропускная способность, необходимые для полноправного однорангового доступа, резко возрастают, и все меньше и меньше пользователей могут позволить себе привилегию быть полноправным одноранговым узлом.

Это приводит к повторному введению доверия, поскольку все пользователи, которые теперь не могут проверить все сегменты (или огромную единую цепочку блоков), должны доверять другим пользователям, чтобы рассказать им правду о том, что произошло в других сегментах (или в огромной цепочке блоков, которые они больше не могут проверить). позволить себе проверить себя).

Это приводит к повторному введению доверия, поскольку все пользователи, которые теперь не могут проверить все сегменты (или огромную единую цепочку блоков), должны доверять другим пользователям, чтобы рассказать им правду о том, что произошло в других сегментах (или в огромной цепочке блоков, которые они больше не может позволить себе самопроверку).

Высокий уровень децентрализации — востребованное, но традиционно трудно поддающееся определению качество одноранговых сетей. Причина его желательности заключается в том, что сеть с максимально возможным количеством пиров становится невозможно отключить из-за огромного количества участников, всех которых необходимо отключить, чтобы сеть полностью погасла.

В то время как методы сетевой анонимности делают невозможным надежное измерение количества участников в сети блокчейна, существуют полезные прокси-серверы, которые мы можем использовать для оценки уровня ее децентрализации. На наш взгляд, лучший из них — это стоимость того, чтобы быть полноправным партнером. Чем дороже быть полноправным партнером, тем менее децентрализованной будет сеть.

Любое изменение протокола, которое увеличивает стоимость полноценного однорангового соединения, снижает децентрализацию сети. Это цена компромисса, связанная с преимуществами увеличения пропускной способности/возможностей в сети.

Любое изменение протокола, которое увеличивает стоимость полноценного однорангового узла, снижает децентрализацию сети. Это цена компромисса, связанная с преимуществами увеличения пропускной способности/возможностей в сети.

Чтобы понять масштабы различий, учтите, что для того, чтобы стать полноправным партнером Ethereum после слияния, пользователю потребуется 32 ETH (~ 92 000 [долларов США] на момент написания, 25 апреля 2022 г.). плюс специальное компьютерное оборудование, возможно, не более чем на тысячу долларов. Напротив, быть полноправным партнером в сети Биткойн стоит менее 300 [долларов США] и не требует количества биткойнов, однако компромисс, возникающий в сети Биткойн, заключается в том, что количество транзакций, которые может обработать его базовая цепочка блоков, ограничено примерно 7 транзакций в секунду.

Прекращение майнинга PoW также влечет за собой важные компромиссы в обмен на резкое сокращение энергопотребления, что в соответствии с нашей текущей системой глобального производства электроэнергии также означает значительное сокращение выбросов углерода.

В общих чертах, в результате внедрения PoS в Ethereum произойдет снижение или устранение сопротивления цензуре, минимизация доверия и децентрализация. Он также пострадает от значительного увеличения поверхности атаки из-за возросшей сложности кода. Хакерам придется искать больше эксплойтов.

Подводя итог, можно сказать, что в результате внедрения PoS в Ethereum произойдет снижение или устранение сопротивления цензуре, минимизация доверия и децентрализация. Он также пострадает от значительного увеличения поверхности атаки из-за возросшей сложности кода. У хакеров будет больше эксплойтов для поиска.

PoS вновь вводит требование доверять другим участникам сети при присоединении или повторном присоединении к сети. Это связано с тем, что стейкинг является внутренней величиной сети блокчейна. То есть вы не можете знать, у кого какая доля, если не знаете, какой блокчейн является правильным. Это означает, что прежде чем пользователь сможет проверить, правильно ли был выполнен блокчейн перед ним, он должен сначала довериться кому-то еще, чтобы тот рассказал ему, что такое блокчейн.

Это проблема, если новый пользователь или вернувшийся пользователь сталкивается с выбором между несколькими конфликтующими блокчейнами, представленными ему злоумышленником. Поскольку создание PoS-блокчейна ничего не стоит, фальшивые истории, которые в остальном являются действительными, могут быть созданы и представлены посторонним в массовом порядке нечестными участниками.

Это проблема, если новый пользователь или вернувшийся пользователь сталкивается с выбором между несколькими конфликтующими блокчейнами, представленными ему злоумышленником. Поскольку создание PoS-блокчейна ничего не стоит, недобросовестные участники могут массово создавать поддельные истории, которые в остальном являются достоверными, и представлять их посторонним.

Работа, с другой стороны, является внешней по отношению к системе. Это означает, что если два конфликтующих блокчейна представлены новому или вернувшемуся пользователю, они могут тривиально проверить для себя, какой блокчейн является правильным, просто взглянув на объем накопленной работы (тот, с наибольшим объемом накопленной работы, по определению является правильным). один). В системе PoS единственный способ обойти это — ввести контрольные точки, которые опять же требуют, чтобы другие участники доверяли вам, какой была правильная цепочка блоков в разное время в прошлом. Таким образом, PoS создает необходимость доверять другим участникам сети с помощью множества новых возможностей, которые он должен компенсировать своими преимуществами.

PoS также жертвует своей способностью противостоять цензуре. Сопротивление цензуре, в этом контексте и как определено [Эриком] Воскуилом в «Криптоэкономике», означает способность сети противостоять действиям участника сети, пытающегося предотвратить внесение некоторых или всех транзакций в запись транзакций. Единственный эффективный способ сделать это — контролировать более 51 % производителей блоков — майнеров в системе PoW и стейкеров в системе PoS.

Организация, контролирующая большую часть производства блоков, может просто отказаться вводить некоторые или все транзакции в блокчейн, эффективно подвергая цензуре любую или все стороны.

Субъект, контролирующий большую часть производства блоков, может просто отказаться вводить некоторые или все транзакции в блокчейн, эффективно подвергая цензуре любую или все стороны.

В системе PoW майнеры должны потреблять внешние по отношению к системе ресурсы, а также внешний капитал (оборудование). Это может быть обеспечено так, что основной майнер ничего об этом не знает, а это означает, что существует механизм, с помощью которого цензор может потерять свое место в качестве основного майнера.

В системе PoS такого обращения не существует в правилах протокола. Как только организация получает контрольный пакет акций в системе, она будет постоянно увеличивать свою долю в общей доле, и ничто не может заставить ее продать какую-либо часть своей доли, а это означает, что их позицию невозможно вытеснить.

Единственный способ выйти из такой ситуации — прибегнуть к хард-форку общественного консенсуса, что является еще одним способом сказать о централизованном управлении специальным комитетом, что по определению противоположно децентрализованному.

Единственный способ выйти из такой ситуации — это прибегнуть к хард-форку общественного консенсуса, что является еще одним способом сказать о централизованном управлении специальным комитетом, что по определению противоположно децентрализованному.

Системы PoS также чрезвычайно сложны по сравнению с системами PoW, что значительно увеличивает поверхность атаки их сетей. Хотя повышенные риски, связанные со сложностью, невозможно перечислить, любое увеличение сложности приведет к увеличению риска, поэтому важно учитывать это.

Короче говоря, внедряя PoS и сегментирование, Ethereum жертвует децентрализацией, минимизацией доверия и устойчивостью к цензуре. Кроме того, он будет страдать от гораздо большей поверхности атаки. Взамен он значительно увеличивает пропускную способность сети (масштабируемость) и значительно снижает потребление энергии.

Недавние события показывают, что работа над слиянием продолжается

Важным шагом на пути к слиянию стал запуск Beacon Chain в декабре 2020 года. Beacon Chain — это изолированный блокчейн PoS, который в будущем будет действовать как цепочка координаторов между всеми осколками Ethereum. Он будет действовать как «уровень консенсуса» Эфириума, который сначала предназначен для обеспечения доступа к данным транзакций, а в более поздней версии — для выполнения самих транзакций, происходящих на 64 запланированных отдельных сегментах.

Были проведены тестовые и практические слияния (последний раз 23 апреля 2022 г.), чтобы обеспечить безопасный переход основной сети. Тестовая сеть Kiln объединилась 15 марта 2022 года и внесла в нее последние основные изменения спецификации.

Хотя многие из этих тестов были успешными, другие вызвали обеспокоенность и, вероятно, способствовали последней задержке слияния с первого полугодия 2022 года на второе полугодие 2022 года.

Несмотря на то, что многие из этих тестов были успешными, другие вызвали обеспокоенность и, вероятно, способствовали последней задержке слияния с первого полугодия 2022 г. на второе полугодие 2022 г.

Список конкретных задач, которые необходимо выполнить перед слиянием, можно найти здесь. Хотя список по-прежнему включает большое количество незавершенных задач, многие из них уже завершены.

Будущее Ethereum после слияния определяется пользователями и инвесторами

Подсчитано, что Proof-of-Stake снижает потребление энергии более чем на 99,5 %. Требования, по которым блоки создаются, проверяются, заказываются и добавляются в цепочку, переместились с внешнего ресурса на сеть (энергия) на внутренний ресурс (капитал). У сегментирования также есть недостатки, связанные с уменьшением децентрализации при увеличении пропускной способности.

Стоят ли компромиссы Эфириума — это совершенно другой вопрос. Это вопрос, который в значительной степени зависит от субъективного восприятия реальных рисков, с которыми, вероятно, столкнется Ethereum в будущем, и, в конце концов, это вопрос, на который могут ответить только пользователи и инвесторы Ethereum индивидуально.

Стоит ли идти на компромиссы с Эфириумом — это совершенно другой вопрос. Это вопрос, который в значительной степени зависит от субъективного восприятия реальных рисков, с которыми, вероятно, столкнется Ethereum в будущем, и, в конце концов, это вопрос, на который могут ответить только пользователи и инвесторы Ethereum индивидуально.< /p>

Когда бы это ни произошло, слияние (вероятно, в этом году) будет представлять собой серьезный сдвиг в дизайне, возможностях и атрибутах Ethereum. Таким образом, прозвище Ethereum 2.0 вполне подходит — после слияния Ethereum будет совершенно другой системой.

_____Эта статья была впервые опубликована CoinShares 26 апреля 2022 г._____