Casper – не привидение. Что известно о новом протоколе Ethereum?

Прошедший год во многом стал судьбоносным для криптовалют. И пока Билл Гейтс или Уоррен Баффет соревнуются в придумывании уничижительных метафор для биткоина, большинство инвесторов ужеподготовило место для новых активов в своем портфеле.

Стало очевидно, что ни биткоин, ни эфир в нынешнем виде не смогут стать полноценной альтернативой фиатным валютам из-за слишком низкой скорости транзакций. К этому добавилось высокое энергопотребление при майнинге ведущих криптовалют. Среди журналистов и аналитиков дажераспространилась мода подсчитывать с энергопотреблением какой страны сопоставимы затраты электроэнергии на майнинг биткойна и эфира.

Проблема масштабируемости

Кроме того, разработчикам ведущих криптовалют так и неудалось решить проблему масштабируемости. В частности, сегодня Ethereum очень плохо масштабируется, несмотря на огромное количество майнеров. Казалось бы, чем больше людей добывают криптовалюту — тем больше транзакций сможет обработать сеть. Но все эти майнеры лишь одновременно пытаются обработать один блок, что только повышает сложность добычи криптовалюты. При этом пропускная способность сети не растет. Даже если количество майнеров вырастет в тысячу раз, один блок по-прежнему будет добываться за десять секунд, только затраты на электроэнергию увеличатся в разы.

Прямым следствием плохой масштабируемости становятся высокие комиссии. Майнеры выбирают транзакции с более высокой комиссией, потому что за них они получают большее вознаграждение. А транзакции с низкой комиссией могут обрабатываться от нескольких дней до бесконечности. Безусловно, через некоторое время, средства попросту возвращаются отправителю, если транзакция не прошла. Передавать через сеть небольшие платежи в такой ситуации становится вообще невозможно.

Более того, в последние месяцы обнаружилась принципиально новая проблема. Появление на рынке сверхмощных ASIC-майнеров стало серьезной угрозой для децентрализованных сетей. Это повысило шансы на то, что какой-то из майнинговых пулов получит значительную долю хэшрейта и сделает сеть централизованной.

Архипелаг Ethereum

Попытки решить эти проблемы привели кэпидемии хардфорков биткоина, с целью создать “новый биткоин” с повышенной скоростью транзакций. Вслед за ними  покатилась волна форков среди наиболее популярных у майнеров криптовалют, таких как Monero. Данное движение получило название “сопротивление ASICам” и с каждым месяцем стало собирать все больше сторонников борьбы с ASIC майнингом.

Casper – Friendly Finality Gadget

Фундаментальный подход к решению назревших проблем продемонстрировала команда Ethereum, решившая создать протокол, который совмещал бы в себе параметры сразу двух алгоритмов, Proof-Of-Stake (PoS) и Proof-Of-Work (PoW). Новый протокол получил название Casper – Friendly Finality Gadget (FFG). Он призван полностью изменить принципы создания и распространения блоков Ethereum, уменьшив при этом общую сложность всего блокчейна.

Разработчики Ethereumуверены, что корнем всех проблем криптовалют сейчас является именно принцип “доказательства работы” – Proof-Of-Work (PoW):

“Несмотря на то, что PoW эффективен в достижении децентрализованного консенсуса, он требует огромного количества энергии, и не имеет экономического обоснования”.

Кроме того, производительность блокчейна на PoWограничена и с трудом может обеспечить осуществления несколько десятков транзакций в секунду.

По этим причинам команда Ethereum планирует перейти от доказательства работы к доказательству доли владения POS. Различие в том, что если в PoW участники покупают настоящие компьютеры, которые потребляют энергию, и вычисляют блоки со скоростью, пропорциональной затратам, то в PoS предметом покупки становятся виртуальные монеты внутри системы, которые затем конвертируются в виртуальные компьютеры, вычисляющие блоки. При таком подходе вероятность подписания блока зависит не от вычислительной мощности, а от количества монет, которые есть на счете пользователя – валидатора. Если валидатор принимает решение участвовать в подтверждении транзакций, то его средства замораживаются, а за каждый подтвержденный блок, он получает вознаграждение.

Протокол Casper станетпромежуточной ступенькой в переходе от PoW к POS, сочетая возможности обои

х принципов. В этой схеме, вся существующая механика PoW продолжит свое существование со сниженным вознаграждением за блок, однако будут добавлены дополнительные механизмы PoS.

Кроме доказательства доли владения в Casper имеется еще одна технологическая новинка –шардинг. Идея заключается в том, чтобы ноды хранили лишь часть распределенного реестра, а лежащая в основе решения математика обеспечивала бы прозрачность и подотчетность системы таким образом, чтобы каждая нода могла полагаться на информацию других.

Сам основатель сети Ethereum, Виталик Бутерин,сравнивает элементы шардинга с островами, принадлежащими к одному архипелагу:

“Представьте, что Ethereum раздроблен на тысячи островов. Каждый остров занимается своим делом и наделён своими уникальными свойствами. Все жители острова могут общаться исключительно с соотечественниками и свободно пользоваться его преимуществами. Для сообщения с другими островами им понадобится какой-нибудь особенный протокол.”

Другими словами, основная цепь Ethereum будет разделена на отдельные цепочки – шарды, связанные друг с другом и основным блокчейном.  Предназначение шардов – обеспечивать параллельную обработку транзакций. Каждый узел сможет обрабатывать свой шард отдельно, при этом узлы смогут работать параллельно, что позволит увеличить пропускную способность сети и скорость транзакций. Одновременно будет решаться задача обеспечения масштабируемости.

Новые герои

Верифицировать транзакции внутри каждого шарда будут валидаторы – главные действующие лица системы Casper наряду с майнерами. Валидаторы обеспечат правомерность действий с монетами и выступят своего рода эксроу в системе, подтверждая транзакции своим депозитом. Работать это должно так: если валидатор нашел блок, который, по его мнению, следует включить в блокчейн, он сможет утвердить его, поставив на этот блок свою долю депозита. В случае, если этот блок будет добавлен в блокчейн, валидатор получит вознаграждение, пропорциональное той доле, которую вложил. Однако если он утвердит неверный или вредоносный блок, то потеряет свое вложение.

Еще одна задача валидаторов – создавать контрольные точки через каждые пятьдесят блоков. Это будет гарантировать завершенность блокчейна и существенно повысит безопасность сети, поскольку исключает возможность возврата транзакций раньше контрольной точки:

Через определенное время после генерации блока должно возникнуть состояние, в котором большинство валидаторов высказывают “полное согласие” с этим блоком. Это означает, что валидаторы, в историях которых этот блок отсутствует, потеряют свои эфиры. Такое условие желательно, оно означает, что даже “сговор большинства” не сможет провести атаку 51%, не потеряв свой депозит; предполагается, что обычные валидаторы проводят консервативную стратегию в том, что касается принятия решений с высокой ценой, так что для честных валидаторов риск очень мал.

Минимальный размер депозита валидатора установлен на уровне 1500 ETH. Достаточно внушительная сумма, которую не захочется терять. Это хороший повод задуматься, прежде чем принимать участие в каких-либо авантюрах с махинациями в сети.

Разработчикипредусмотрели и решение проблемы масштабируемости сети, критическое условие для продолжения развития сети и поддержки конкурентоспособности перед более совершенными блокчейн-системами, например, Graphene:

Блокчейн должен работать практически без полных узлов, то есть, все узлы, включая валидаторов, имеют дело с малым участком данных в блокчейне, а доступ к остальной части осуществляется с помощью легких клиентов. Таким образом будет достигнута скорость проведения транзакций существенно выше, чем на отдельном компьютере, и в то же время вся сеть сможет работать на большом количестве обычных лэптопов, сохраняя полную децентрализацию.

Безопасность сети существенно смещается со сложности PoW в пользу завершенности PoS, а вознаграждение теперь будут получать как валидаторы, так и майнеры. При этом в пять раз снизится вознаграждение майнерам за добычу эфиров — с нынешних 3 ETH до 0,6 ETH. Это сделает монету менее привлекательной для ASIC-майнеров и снизит риски централизации сети.

Помимо награды майнерам, вознаграждение будет выплачиваться и валидаторам, однако в меньшем размере. Их суммарная награда составит всего 0,82 ETH за блок, что почти в четыре раза ниже нынешнего размера вознаграждения. В будущем же, по словам Виталика Бутерина, разработчики Ethereumполностью избавятся от PoW-алгоритма, оставив вознаграждение лишь для валидаторов в размере 0,22 ETH за блок:

В предположении, что общая сумма монет, находящихся на валидаторских депозитах, составит 10 миллионов ETH при процентном доходе в 5% это даст порядка 500 000 ETH в год (около 0.22 ETH за блок).

Эффективность сети существенновозрастет, поскольку, во-первых, в PoS-алгоритме консенсус будет обеспечиваться без майнинга, уменьшая затраты электроэнергии и обеспечивая необходимую эмиссию ETH. Во-вторых, время генерации блока сократится до минимума, поскольку легче проверить, у кого самая крупная доля владения, чем выяснить, кто из майнеров обладает наибольшей вычислительной мощностью.

Последние новости

На конференции Edcon в начале мая создатель Ethereum Виталик Бутеринсообщил новые детали о “дружелюбном привидении”. В частности, в Casper помимо системы вознаграждений валидаторов будет действовать еще и система штрафов. Главный принцип системы вознаграждений: чем больше доля владения (стейк), тем меньше процентная ставка. Например, владелец 2,5 миллионов ETH будет получать ежегодное вознаграждение в размере 10%, а владелец десяти миллионов – всего 5%.

Размер штрафных санкций будет зависеть от тяжести прегрешений валидатора и может доходит до 100%. В частности, штрафам будут подвергаться валидаторы, слишком часто отсутствующие в сети. Возникновение проблем с шардом или диском, на котором расположен кошелек, будет наказываться штрафом в 2% от суммы депозита. Для группы валидаторов, чьи шарды одновременно вышли из строя, штрафные санкции будут значительно выше и измеряться уже двузначными цифрами. При этом Виталик Бутерин отмечает, что главной проблемой при таком подходе окажутся хакерские атаки, ведь в этом случае коллективный штрафные санкции могут оставить валидаторов вообще без депозитов.

Последняя новость, связанная с “дружелюбным привидением”, поступила всего несколько дней назад – на прошлой неделе один из разработчиков Ethereum Денни Райан опубликовал наGitHub первую версию обновленного кода Casper:

Версия кода 0.1.0 знаменует начало более четкого именования релизов, что поможет клиентам и внешним аудиторам следить за контрактом и изменениями.

Теперь контракт может использовать не только исследовательская команда: аудиторы, разработчики клиентов и т.д. Мы хотим начать более четко обозначать версии и логи изменений, чтобы лучше организовать процесс разработки.

Он также добавил, что разработчики клиентов теперь могут начать писать программное обеспечение на своих языках и затем тестировать его.

Запуск Casper FFG планируется летом-осенью этого года. Поскольку система будет несовместима с предыдущими версиями программного обеспечения Ethereum, обновление будет осуществлено путем хардфорка.

Читайте BitJournal, подписывайтесь на нас в социальных сетях и будьте всегда в курсе перемен в мире криптовалют и блокчейна.