Что движет феноменом криптовалют: Машинный консенсус через «Доказательство работы» — Часть 5

HashFlare

ComputerUniverse Введи промокод FW7FRUX при покупке и получи скидку 5 евро

В предыдущей части мы обсудили, как хакеры организовались для создания такой системы, как Биткойн, и как пришли к использованию машин в сети для принуждения к соблюдению правил всеми участниками. Также мы выяснили, как машины принуждают соблюдать правила таким образом, что даже умным людям сложно изменить их. В этой главе исследуется, как компьютеры используются для того, чтобы все участники сети оставались честными.

Часть 1. Что не так с криптовалютным бумом
Часть 2. Исторический контекст
Часть 3. Как организованы ключевые игроки
Часть 4. Человеческий консенсус в криптовалютных сетях

До сих пор мы утверждали, что «проблемы, которые решает» Биткойн — это не какие-то абстракции (типа «центрального банкинга» или «мягких денег»), но конкретно — координация специализированной человеческой силы за пределами командно-контрольной структуры. Мы также утверждали, что существуют следующие мотивации избегать командно-контрольной структуры:

  • Чтобы минимизировать возможности и желания менеджеров системы обманывать участников и ссориться с ними;
  • Чтобы привлечь опытных технарей к построению системы без прямой компенсации (как, например, в FOSS или открытом распределении);
  • Чтобы убрать «привратника» и позволить всем использовать систему без разрешения; это помогает достигнуть максимально возможного роста и успеха программы.

Теперь давайте поговорим о том, как в Биткойне применяется машинное взаимодействие без потери трех желаемых качеств, упомянутых выше.

Как машины соглашаются на общую историю транзакций

Вспомните первую главу, где обсуждалось послание Накамото в генезис-блоке Биткойна. Примерно каждые 10 минут система сопоставляет, проверяет и связывает новые транзакции. Эти связи называются блоками. Производителей блоков называют майнерами.

Каждый блок содержит хэш данных из предыдущего блока. Функция хэша — это односторонний алгоритм, который отображает данные произвольного размера в выходную строку битов фиксированного размера. Изменение данных, передаваемых в хеш-функцию, изменяет результирующий хеш. Это односторонний процесс, поскольку невозможно воссоздать данные хэша и хэш-функции. Устанавливается, что если блок содержит хэш из предыдущего блока, он должен быть произведен перед предыдущим блоком. Поэтому изменение блока в середине последовательности блоков приведет к тому, что хэши в последующих блоках не будут подтверждены, поскольку идея в том, что они выстраиваются в своеобразную цепь. Таким образом, блоки могут быть добавлены только в конец цепи.

Структура данных, которая возникает в результате создания блока, где каждый следующий блок включает хэш, созданный из предыдущего блока, называется блокчейн. В системе на основе блокчейна все участники подтверждают хэш нового блока перед тем, как обновить весь реестр.

Как выбираются производители блоков

Мы установили, что все машины, которые занимаются «добычей» в сети Биткойна, работают, чтобы связывать транзакции, произошедшие с момента последнего блока, в новый блок. Тот майнер, который первым сообщает о «решении» нового блока, получает вознаграждение (в настоящий момент — 12,5 биткойнов).

Но, так как многие честные майнеры будут сообщать об одном и том же факте нахождения блока, получается, что возникнет множество «корректных» блоков и только один победитель, который получит награду. Как система выбирает, кто выигрывает — кому выдать награду за найденный блок, а кто её не получит?

В консенсусе Биткойна победитель выбирается псевдо-случайно из множества кандидатов тем, что протокол требует от «победного» блока соответствия характеристикам, которые сложно просчитать, но можно подобрать перебором. А именно, определенное число предустановленных нулей в хэше блока, которые хранятся в блоке случайным образом. Вот что майнеры называют игрой в «угадайку»:

Скриншот ниже взят из обозревателя блоков, бесплатного публичного сервиса, который позволяет любому человеку смотреть транзакции. Обратите внимание на хэш с 18 нулями. Это и есть последовательность, которую требовалось подобрать для победы:

0000000000000000001fb8f591a114473c582cea6057afd97488cf4f532fc33f

Что движет феноменом криптовалют: Машинный консенсус через «Доказательство работы» — Часть 5Самый последний блок на момент написания текста. Обратите внимание на хэш блока (упомянутый выше) и высоту блока (height), величину, также известную, как количество блоков созданных с момента генезис-блока Накамото. Источник: Blockchain.info

Сатоши Накамото установил в качестве константы среднее время генерации блока в 10 минут. Это среднее значение поддерживается путем сложения или вычитания числа затребованных в хэше блока нулей. Поэтому, в то время, как система Биткойна не работает по «земному времени», она знает, когда блоки находят быстро или медленно, и исправляет сложность добычи в соответствии с этим параметром. Для примера, если в сети намного снизился размер хэшрейта, из-за чего производство блоков замедлилось, тогда упадет и число требующихся от майнеров нулей в начале хэша блока, что упростит процесс подбора хэша для майнеров, тогда блоки начнут «находить» быстрее.

В отличие от блока #544937, показанного выше, в хэше блока #0 ниже есть только 10 нулей. Сложность валидации была намного ниже, когда Накамото был единственным майнером в сети:

000000000019d6689c085ae165831e934ff763ae46a2a6c172b3f1b60a8ce26f

Если «удачный» блок отвечает критериям валидации, он начинает распространяться по сети на каждый полный узел, и добавляется к цепи предшествующих блоков; в этом случае майнер получает оплату.

[embedded content]

Майнинг биткойнов для производителей блоков

Каждый раз, когда блок производится, а майнеру, нашедшему хэш, соответствующий критерию валидации, выплачивают награду, сеть создаёт новые биткойны. Майнер, нашедший нужный хэш, автоматически получает награду в биткойнах. Как и у всех пользователей сети, у майнеров есть публичный ключ для получения вознаграждения.

Награда за генерацию блока сокращается вдвое каждые 210 тысяч блоков. Это событие известно как уполовинивание (халвинг). Такая эмиссионная политика делает биткойн дефляционной валютой, и в конце концов, к 2140 году, уровень эмиссии новых монет упадет до нуля. Всего в сети будет создано только 21 миллион биткойнов. Теоретически, у майнеров есть стимул продолжать составлять блоки и после того, как примерно в 2140 году закончится период вознаграждений от сети, потому что они продолжат получать комиссии от пользователей за транзакции.

С этой точки зрения, в Биткойне эмиссия валюты происходит через распределенный процесс, в котором может участвовать любой отдельный пользователь или группа, и требующий интенсивные компьютерные ресурсы мощности и вычислений.

При переходе электричества в хэши формируется ценность

Алгоритм «Доказательства работы» кумулятивен с той точки зрения, что при увеличении общей вычислительной мощности сети становится все дороже атаковать ее, что делает весь реестр более безопасным.

В «белой книге» Биткойна, в части 4 под названием «Доказательство работы» написано следующее:

«Чтобы внедрить распределенный сервер временных меток на основе P2P, на понадобится использовать систему «доказательства работы»… После того, как процессор потратит усилия на соответствие «доказательству работы», блок не сможет быть изменен без повторения этой работы. Поскольку блоки собираются в цепь, работа по изменению блока должна будет включать изменение всех последующих блоков цепи».

Концептуально, «доказательство работы» сжигает электроэнергию при выпуске блоков, что позволяет всем участникам сети объективно наблюдать неизменность. «Доказательство работы» снижает уровень энтропии в рамках системы путем потребления электричества с целью достижения машинного консенсуса относительно набора упорядоченных транзакций. Майнеры коллективно берут на себя расходы на электричество, чтобы найти «порядок» в «хаосе» без привлечения координирующего агента. Это процесс, при котором физические ресурсы (электроэнергия) трансформируется в цифровые ресурсы в форме блоков транзакций и вознаграждения, возникающие в результате производства блоков. Поскольку эти цифровые активы (блоки и транзакции) кодируются в физической памяти компьютера, можно сказать, что процесс «доказательства работы» сублимирует электричество в физический носитель, так же как золотые монеты появляются в результате затраты энергии на добычу золота и чеканку.

Блоки приводят транзакции к порядку

Мы рассказали о том, что Биткойн хэширует группы транзакций, чтобы создать единственный, проверяемый блок. Мы также сказали о том, что блокчейн создает историю транзакций, которая не может быть изменена без траты невероятного количества электроэнергии. Но системное соблюдение двух этих качеств наверняка потребовало от Накамото некоторой изобретательности.

Пользователи Биткойна разбросаны по всему миру, и скорость их транзакций ниже скорости света. Эта задержка переводов приводит к тому, что узлы получают сообщение в разное время, беспорядочно.

В любой финансовой системе, ошибки в записях транзакций могут создать разногласия между сторонами, поскольку балансы могут быть указаны неправильно, или кто-то забудет записать транзакцию. Если разногласия постоянны, система становится непригодной для использования. Вне зависимости от того, идет ли речь про бумажном гроссбухе или цифровой базе данных, мошенники и саботеры, желающие непомерно увеличить свой баланс (или просто посеять хаос) должны только изменить порядок транзакций (то есть, их временные метки), или удалить их, чтобы обмануть других участников.

Практика «записи» данных в физические реестры, которые тяжело изменить, насчитывает по меньшей мере 30 тысяч лет. В качестве примеров можно привести глиняные таблички древних шумеров, существовавшие до изобретения бумаги, а также более поздние «бирки», которые в Соединенном Королевстве имели юридический статус до 19-го века.

Что движет феноменом криптовалют: Машинный консенсус через «Доказательство работы» — Часть 5Средневековые бирки Medieval tally sticks, зазубренные и вырезанные для записи долга на 32 овец, ссуженных священнику в Гэмпшире (Англия).

Конечно, отслеживать изменения в электронных таблицах на компьютере не так уж и сложно. Когда приложения охватывают несколько компьютеров, сетям требуется передавать сообщения между ними. Мульти-компьютерные приложения решают проблему медленного соединения путём использования асинхронных алгоритмов, которые терпимы к пропущенным, скрытым или вышедшим из строя сообщениям, и не управляются расписанием, основанным на времени. В асинхронной системе компьютеры ведут параллельные процессы, но без движения вперёд. Вместо этого, сообщения (и часто пользовательские действия) вызывают изменения в каждой машине, когда она узнаёт о сообщении.

Высоконадёжный консенсус Накамото

Биткойн — это тоже асинхронная система, движимая алгоритмическими событиями. Но, в отличие от обычных распределенных систем, участники не получают разрешений. Это значит, что они не проходили аутентификацию и авторизацию перед началом участия. При этом, они все регулярно передают друг другу состояние своего реестра — без какого-либо лидера или координирующего механизма. Как личный интерес может быть использован для того, чтобы координировать группу разрозненных, неподготовленных и, возможно, враждебных друг к другу людей?

Это происходит благодаря одному из многих блестящих решений в Биткойне — использование экономических стимулов для мотивации майнеров производить блоки по расписанию. Майнеры зарабатывают вознаграждения, выраженные в единице учёта бухгалтерской книги, которую они ведут; то есть, в биткойнах. Предположение Накамото состояло в том, что коммерческий интерес майнеров в сохранении статус-кво (честной работе за вознаграждение) перевесит их желание повредить реестр, что выльется в угрозу для монеты.

Таким образом, майнеры в такой распределённой системе, как Биткойн, могут прийти к соглашению о порядке проведения транзакций, даже если какие-то узлы окажутся медленными или даже злоумышленно производящими неподтверждённые блоки. Это происходит без каких-либо ограничительных требований консенсуса, основанного на разрешении.

Система Биткойна продемонстрировала свою эластичность как в части рабочего состояния, так и целостности реестра. Важно, что сеть смогла достичь такого свойства без необходимости проверять отдельные узлы сети; машины могут присоединяться или отключаться по собственному желанию, и все свойства системы при этом сохраняются.

Вкратце о промышленном майнинге

[embedded content]

По сравнению с запуском ICO, венчурным инвестированием или же торговлей на бирже, майнинг меньше всего подвержен «превратностям» рынков капитала, что делает его наиболее предсказуемым способом инвестирования в криптовалюты. Прибыльность майнинга определяется циклами разработки полупроводников, расходом электроэнергии и общим состоянием рынка криптовалют. Майнинг — это длинная инвестиционная позиция, он позволяет сохранять расходы низкими до тех пор, пока майнер контролирует накладные затраты и приобретает оборудование по справедливым розничным ценам. На решения майнеров о покупке оборудования или поддержки отдельной сети намного меньше влияют краткосрочные тренды рынка, чем фундаментальные характеристики протокола сети, и технологический жизненный цикл используемого оборудования. Майнеры принимают во внимание, в частности, такие фундаментальные факторы, как:

  • Выбор жизнеспособной сети;
  • Поставки оборудования от правильных производителей, по справедливой цене;
  • Синхронизация времени покупок с жизненным циклом оборудования;
  • Расходы на электричество и другие нужды;
  • Отслеживание ликвидности вознаграждения;
  • Местное законодательство и налогообложение.

Существует два главных фактора динамики рынка майнинга: рост хэшрейта и движение цены. Фундаментально эти два фактора тесно связаны. Увеличившийся хэшрейт усиливает безопасность блокчейна, делая сеть более ценной; в свою очередь, при росте цены на соответствующую монету растет спрос на майнинговое оборудование, что усиливает конкуренцию между поставщиками оборудования.

Хэшрейт Биткойна непрерывно увеличивался, несмотря на то, что спотовая цена невероятно снизилась с начала года. С января 2018 года майнеры Биткойна и биткойн-трейдеры живут в параллельных вселенных, где майнеры реинвестируют в оборудование и фермы, предвосхищая следующий цикл повышения цен, который, как ожидается, будет сопровождать продолжение технического прогресса на уровне базового протокола. Поскольку майнеры контролируют ликвидность, это становится самоисполняющимся пророчеством.

Что движет феноменом криптовалют: Машинный консенсус через «Доказательство работы» — Часть 5Хэшрейт продолжает расти вопреки падению цены биткойна.

Несовпадение между ростом хэшрейта сети и движением цены — это результат различий между рынками оборудования и капитала. При нормальных обстоятельствах сложность добычи можно предсказать по поставкам полупроводниковых плат с завода TSMC, на которые приходится большая часть производства ASIC-чипов. Цикл литья плат длится дольше, чем цикл цены Биткойна, а это значит, что платы, уже находящиеся в производстве, при очередном нисходящем тренде цены приведут к превышению пропускной способности сети.

Что движет феноменом криптовалют: Машинный консенсус через «Доказательство работы» — Часть 5Спрос на платы TSMC может снизиться вследствие нестабильной прибыли майнеров.

С другой стороны, из-за кумулятивной природы «доказательства работы» рост хэшрейта сети делает её более безопасной и прочной. Более высокая степень завершенности означает, что система более стабильна для поддержки объема транзакций и более привлекательна для сторонних разработчиков.

В криптовалютах с консенсусом «Доказательства работы» рынки капитала и распределенные системы связаны друг с другом по определению. Вследствие того, что цена Биткойна росла на протяжении десятилетия, майнинг превратился в крупную индустрию. В первой половине 2018 года крупнейший производитель ASIC-оборудования Bitmain отчитался о выручке на сумму $2,5 миллиарда и прибыли в размере $1,1 миллиарда.

Что движет феноменом криптовалют: Машинный консенсус через «Доказательство работы» — Часть 5Выручка майнеров Биткойна за разные годы.

Рост популярности специализированного оборудования

С годами, оборудование для майнинга криптовалют эволюционировало из процессоров в видеокарты, а затем в специализированные устройства, такие как программируемая логическая интегральная схема (от англ. “Field-Programmable Gate Array”, FGPA) и интегральная схема специального назначения (от англ. “Application-specific integrated circuit”, ASIC). Из-за конкурентной природы майнинга, майнеры мотивированы на работу с использованием всё более эффективного оборудования, даже если это означает для них предварительные расходы. В то время, как одни производители оборудования производят более быстрые и эффективные машины, другие вынуждены не отставать, что подстёгивает «гонку вооружений». Сегодня в майнинге значимых сетей доминирует ASIC. Алгоритм Биткойна под названием SHA256d — относительно прост для вычислений; работа ASIC-оборудования для Биткойна состоит в том, чтобы применять хэш-функцию SHA256d триллионы раз в секунду. Другие типы полупроводников таких значений достичь не могут.

ASIC-оборудование было впервые представлено в 1980-е, что изменило индустрию компьютерных чипов. В мире криптовалют производители «асиков» (например, Bitmain) разрабатывают архитектуру чипа на основе конкретного алгоритма хеширования в выбранной сети. После прохождения многочисленных итераций и тестов дизайн для фотомаски платы отправляется на «литейные» заводы типа TSMC и Samsung. Реальная производительность чипов остается неизвестна до тех пор, пока чипы не возвращаются с заводов. После этого изготовителю необходимо оптимизировать схему, прежде чем продукт будет готов к использованию

Рост популярности интегральной схемы спец.назначения неизбежен, это естественная тенденция в развитии компьютерного оборудования. Во многом так же, как технологии добычи золота и бурения нефтяных скважин развивались с течением времени, по мере того, как это сырьё становилось все более ценным, интегральные схемы стремительно развиваются благодаря тому, что криптовалюты становятся более привлекательными. Тогда как краткосрочные ценовые тренды определяются действиями спекулянтов и декоррелируют с хэшрейтом, в долгосрочной перспективе два фактора формируют действенную петлю обратной связи.

Что движет феноменом криптовалют: Машинный консенсус через «Доказательство работы» — Часть 5Глобальный размер рынка блокчейн-оборудования по выручке и уровню роста, 2012-2020. Что движет феноменом криптовалют: Машинный консенсус через «Доказательство работы» — Часть 5Рынок блокчейн-оборудования в Китае по выручке и уровню роста, 2013-2020.

Прошлое, настоящее и будущее производства ASIC-чипов

Оборудование для майнинга — это гетерогенная вычислительная система, в которой используются множество видов процессоров. Гетерогенные вычисления становятся всё более распространенными по мере замедления «Закона Мура». Его создатель, Гордон Мур, предсказал, что плотность транзисторов в производстве полупроводников приведет к постоянным и предсказуемым аппаратным улучшениям, но эти улучшения происходили на протяжении всего 10-20 лет, пока не достигли фундаментальных физических ограничений.

Первое поколение биткойн-асиков включало ASICMiner из Китая, KNC из Швеции и Butterfly Labs и Cointerra из США. Интегральные схемы специального назначения быстро продемонстрировали свои способности. Первая партия майнера ASICMiner поступила на рынок в феврале 2013 года. К маю уже около трети сети поддерживалось непревзойденной вычислительной мощностью.

Конкуренция интегральных схем состоит в том, насколько быстро компания сможет обновить продукт и добиться экономии за счет масштабирования. Без достаточного опыта в производстве оборудования ASICMiner быстро потерял свою долю рынка из-за задержек и ряда критических стратегических ошибок.

Примерно в то же время в 2013 году Джихан Ву и Кетуан Джан основали Bitmain. В раннюю эпоху биткойн-асиков простое улучшение плотности чипов предыдущего поколения или технического узла означало мгновенное и эффективное обновление. Получение улучшенных технических узлов с заводов стоит дорого, поэтому вызов касался в меньшей степени технического дизайна, но больше — способности к привлечению достаточного капитала. Вскоре после открытия Bitmain выпустила Antminer S1, содержащий 55-нанометровый чип от TSMC.

В 2014 году рынок криптовалют вошел в длительную «медвежью» фазу, когда цена биткойна упала почти на 90%. К моменту восстановления рынка в 2015 Antminer S5 (последняя модель майнера от Bitmain) был единственным продуктом, способным удовлетворить спрос. Bitmain быстро установил доминирование. Впоследствии, ведущий инженер ASICMiner стал сотрудником Bitmain и создал модели S7 и S9. Эти машины завоевали наибольшую популярность среди асик-майнеров за всю историю.

Полупроводниковая отрасль быстро развивается. Повышенная конкуренция, инновации в производстве и масштабирование означают, что цена на чипы продолжает падать. Чтобы крупные компании асик-майнинга сохраняли прибыльность, они должны неустанно внедрять постепенные улучшения дизайна.

Как меняется рынок майнинг-оборудования

В прошлом производство более быстрых чипов требовало лишь более плотного размещения транзисторов на схеме. Расстояние между транзисторами считается в нанометрах. Когда дизайнеры начинают работать с последними техническими узлами, расстояние между транзисторами которых составляет как минимум 7 нанометров, улучшение производительности может не быть пропорциональным снижению расстояния между транзисторами. В марте 2018 года Bitmain пытался выпустить чипы для биткойн-асиков стандартов 16, 12 и 10 нанометров. Эти попытки не увенчались успехом, что стоило компании почти $500 миллионов.

После «бычьего ралли» 2017 года многие оригинальные производители оборудования (OEM) выходят на рынок биткойн-асиков. Хотя Bitmain все ещё остается абсолютным лидером по размеру и объему продаж, ключевые продукты компании отстают в производительности. Компании Innosilicon, Canaan, Bitfury, Whatsminer (основанная тем же инженером, создавшим S7 и S9) и другие быстро догоняют, сжимая пространство для всех игроков.

Скорость улучшения технических узлов снижается, и производительность асиков всё больше зависит от навыков архитектурного дизайна. Наличие опытной команды, способной внедрить полностью оригинальный чип — критическое условие для будущего всех производителей ASIC-оборудования. В долгосрочной перспективе, дизайн ASIC-оборудования станет более открытым и доступным, что приведет к коммодитизации.

Что движет феноменом криптовалют: Машинный консенсус через «Доказательство работы» — Часть 5Майнинговое оборудование и сложность добычи криптовалют.

Майнинг биткойна начинался как хобби, которым можно было заниматься на ноутбуках. Из графика выше можно увидеть движение в сторону промышленного майнинга. Вместо того, чтобы управлять майнинг-фермами в гаражах и подвалах, сегодня группы промышленного майнинга, провайдеры облачного майнинга и производители оборудования строят центры обработки данных специально для добычи криптовалют. Тысячи машин, концентрируются на одной площадке, работают круглосуточно и размещаются в местах с достаточным объемом электричества, таких как Сычуань, Внутренняя Монголия, Квебек, Канада и штат Вашингтон в США.

В этой головокружительной игре постоянный цикл инфраструктурных обновлений требует от операторов быстро принимать решения о размещении. Промышленные майнеры работают напрямую с производителями оборудования для разгона, поддержания и замены машин. Фермы, где размещаются машины, оптимизированы для работы на полную мощность с максимально возможным временем безотказной работы. Большие майнеры подписывают длительные контракты на поставку дешевой электроэнергии с электростанциями, которые иначе стали бы устаревшими. Это ситуация, при которой выигрывают все; майнеры получают доступ к большой мощности при почти нулевой цене на электричество, а электростанции получают постоянный спрос на свои мощности.

Со временем, криптовалютные сети станут вести себя как развивающиеся организмы в поисках дешевой и неиспользуемой энергии, увеличивая полезность удалённых ферм, расположенных за пределами современных промышленных центров. Криптовалюты с «доказательством работы» зависят от добавления блоков в цепочку для поддержания консенсуса.

В течение нескольких лет многие высказали обеспокоенность из-за расходования больших объемов электричества, потребляемого при добыче биткойнов. Сатоши Накамото сам обратился к этой проблеме в 2010 году, сказав:

«Это та же ситуация, как при добыче золота. Предельная стоимость добычи склонна приближаться к цене самого золота. Добыча золота — это трата, но она намного меньше, чем полезность золота как средства обмена. Думаю, что ситуация с Биткойном будет такой же. Полезность Биткойна для обмена значительно превысит стоимость использованной электроэнергии. Таким образом, отсутствие Биткойна будет потерей в чистом виде».

«Тонкий баланс ужаса», когда майнеры кашмарят

В системе Биткойна, не требующей разрешений, крупные майнеры становятся также потенциальными атакующими. Их сотрудничество с сетью основывается на прибыльности; если атака станет прибыльной, скорее всего, крупный майнер попытается её осуществить. Те, кто следят за Биткойном, знают о том, что вопрос монополии майнеров — спорный.

Некоторые участники убеждены, что асики вредны для здоровья сети по разным причинам. С точки зрения концентрации хэшрейта, блокчейн-сообщество опасается коллективной способности майнеры провести то, что известно как «атака 51%», когда майнер, обладающий значительным объемом хэшрейта, может использовать вычислительную мощность для переписывания реестра или двойного расходования. Такие атаки — обычное явление для маленьких сетей, в которых достижение хэшрейта в 51% требует низких расходов.

Любой майнинг-пул (или картель майнинг-пулов) с более чем 51% хэшрейта владеет «ядерным оружием» сети, держа сообщество в заложниках [211]. Этот сценарий описан в концепции Элберта Уолстеттера, ядерного стратега времен Холодной войны, известной как «тонкий баланс ужаса»:

«Баланс не возникает автоматически. Во-первых, поскольку термоядерное оружие даёт громадное преимущество агрессору, требуется большая изобретательность и реализм на любом уровне ядерной технологии, чтобы создать устойчивое равновесие. И, во-вторых, эта технология сама по себе меняется с фантастической скоростью. Сдерживание потребует срочных и постоянных усилий».

Тогда как крупные майнеры теоретически могут инициировать атаку, которая изменит историю консенсуса по их усмотрению, они также рискуют опрокинуть рынок, что вызовет падение цены на монету. Это сделает инвестиции майнеров в оборудование бессмысленными наряду с долгосрочными вложениями во все другие криптовалюты. В ситуации, где производство сильно сконцентрировано, легче провести скрытую «атаку 51%».

Что движет феноменом криптовалют: Машинный консенсус через «Доказательство работы» — Часть 5Распределение майнеров по пулам.

В последние несколько лет Bitmain доминировал на рынке как по концентрации хэшрейта, так и по концентрации производства. На момент написания эссе, аналитики фирмы Sanford C. Bernstein & Co. оценивали долю Bitmain на рынке чипов для криптовалютного майнинга в 85%.

«Тирания бесструктурности», когда ключевые разработчики правят бал

Враждебные майнеры представляют постоянную угрозу криптовалютным системам, но доминирование ключевых разработчиков ПО может быть столь же вредным для целостности системы. В сети, контролируемой элитарными технологами, майнерам и операторам полных узлов не всегда легко обнаружить подложные изменения в коде.

Сообщества предприняли ряд мер, чтобы противостоять влиянию майнеров. Команда проекта Siacoin решила производить собственный асик-майнер после того, как узнала о подготовке Bitmain модели для своей сети. Сообщество монеты Zcash проявляет осторожное гостеприимство по отношению к асикам. Новые проекты типа Grin разработаны таким образом, чтобы алгоритм хэширования исполнялся в оперативной памяти, так как асики более дороги в производстве. Monero занимает гораздо более жесткую позицию — проект изменил алгоритм хэширования так, что использование машин лишь одного производителя стало невозможно. Фундаментальное отличие здесь меньше касается «децентрализации» и больше того, какая фракция контролирует средства производства монет, ценных для рынка; фактически это борьба за контроль над «золотым гусём».

Из-за невероятно динамичной природы децентрализованных сетей опрометчивые действия против концентрации власти в руках майнеров может привести к противоположной крайности: концентрации власти вокруг главных разработчиков. Обе ситуации одинаково опасны. Последняя крайность ведёт к «тирании бесструктурности», где сообщество создаёт культ личности и поклоняется отдельным разработчикам под ложной предпосылкой о том, что формальная иерархия власти отсутствует. Термин «тирания бесструктурности» придумал социолог Джо Фриман. Он писал в 1972 году:

«Пока структура группы неформальна, правила того, как принимаются решения, известны лишь немногим, а осознание силы ограничено теми, кто знает правила. Те, кто не знают правил и не выбраны для инициации, должны пребывать в замешательстве или страдать от параноидальных заблуждений о том, что происходит что-то, что они не до конца понимают».

Недостаток формальной структуры становится невидимым барьером для новичков, которые хотят внести вклад в общее дело. В контексте криптовалют это значит, что система управления открытого распределения, которую мы обсудили в предыдущей части, может пойти наперекосяк, несмотря на мотивацию добавлять новых талантливых разработчиков в команду (чтобы таким образом увеличить скорость работы команды и ценность сети).

Доминирование майнеров или разработчиков может привести к изменениям плана развития проекта, что может подорвать систему. Пример — это ошибочный путь майнеров «бигблокеров». Сеть Биткойна в конечном итоге разделилась 1 августа 2017 года, потому что некоторые майнеры выступали за увеличение блоков, что увеличило бы расходы для операторов полных узлов, играющих решающую роль в обеспечении соблюдения правил в блокчейне. Повышенные расходы могли привести к снижению количества операторов, что приблизило бы майнеров на шаг ближе к нарушению баланса в свою пользу.

Другим примером дисбаланса мог бы стать Фонд Эфириума. В то время как у Эфириума есть сильное сообщество разработчиков децентрализованных приложений, базовый протокол определяется небольшой группой лидеров проекта. При подготовке к хард-форку Constantinople разработчики Эфириума приняли решение сократить награду за майнинг на 33% без консультации с самими майнерами. Со временем, отчуждение майнеров приводит к потере поддержки со стороны основной группы заинтересованных сторон (самих майнеров) и создает новые стимулы для атаки майнерами сети с целью получения прибыли или из мести.

Рыночный консенсус достигается там, где люди и машины приходят к соглашению

Мы рассмотрели человеческий и машинный консенсусы в протоколе Биткойна. Достижение этих двух форм консенсуса ведет к третьему типу, который мы будем называть рыночным консенсусом:

Что движет феноменом криптовалют: Машинный консенсус через «Доказательство работы» — Часть 5Консенсус на рынке возникает из человеческого и машинного консенсуса.

Три этих направления глубоко переплетены, и они требуют наличия друг друга для нормальной работы всей системы. Многие криптовалютные проекты, включая Биткойн, уже пострадали или от «тонкого баланса ужаса» и/или «тирании бесструктурности» в различные периоды времени своей истории; это один из источников быстро меняющегося восприятия Биткойна и последующей волатильности цен. Можно ли ослабить эти колебания между террором и тиранией?

Ослабление колебаний между ужасом и тиранией

Некоторые проекты решили уменьшить вероятность «тонкого баланса террора» путём сопротивления участию ASIC-майнеров. Обычный подход — это модификация алгоритма «доказательства работы», в результате чего начинается требоваться больше оперативной памяти для вычисления блока; это фактически делает производство асик-майнеров более дорогим (а значит, рискованным). Однако, это временная мера, если предположить, что сеть будет выживать и расти; поскольку криптовалюта, лежащая в основе сети, становится более ценной, производители получают стимул для развертывания этих продуктов, о чем свидетельствуют Zcash, Ethereum и, возможно, проект Grin/Mimblewimble.

Некоторые думают, что централизация майнинга в системах «доказательства работы» — это неизбежная проблема. Было множество предложений разных протоколов консенсуса, которые не включают майнинг или расходы на электричество. Один из самых заметных таких подходов известен как «доказательство доли владения».

Консенсус «доказательства доли» — плохая альтернатива

Хотя есть множество способов внедрить «доказательство доли», альтернативу консенсусу «доказательства работы», главная идея в том, что для производства блока майнер должен доказать, что владеет определенной суммой монет сети. В теории, владение активами сети снижает мотивацию для подрыва сети, потому что иначе ценность богатства также упадёт.

На практике, подход «доказательства доли» оказался проблематичным в системах, где монеты «доли» не были созданы через «доказательство работы». Если токены создаются из воздуха, без какой-либо себестоимости производства, ценность своей доли не может быть сдерживающим фактором для прибыльной атаки. Такая критика носит название «Отсутствие доли».

В этой части мы всё еще не обсуждали другие способы производства монет, помимо механизма майнинга при «доказательстве работы». Однако, в некоторых альтернативных криптовалютых сетях существует возможность создавать предварительно добытые монеты без каких-либо расходов и «доказательства работы», до запуска основного блокчейна. Такие проекты, как Эфириум, призывали к предварительному майнингу огромного количества монет, которые продавались инсайдерам по доле себестоимости добычи. Соединяя предварительную добычу с консенсусом «доказательства работы» для более поздних токенов — не обязательно нечестная практика, но если она раскрывается, то создает ошибочное впечатление, что все существующие монеты имеют стоимость производства. В этом свете переход Эфириума к «доказательству доли владения» следует воспринимать с некоторым скепсисом.

Полностью урезанный консенсус «доказательства владения долей» выходит за рамки этого эссе, за исключением того, что он не является жизнеспособной заменой «доказательства работы». Некоторые примеры реализации алгоритма «доказательства доли» пытаются обойти атаки с помощью хитроумных схем стимулирования, таких как ещё не выпущенный механизм Slasher от Ethereum.

Критическая ошибка систем «доказательства доли» — это источник псведослучайностей, используемый для отбора производителей блоков. При «доказательстве работы» случайность выбора получателя награды достигается через трату большого объема вычислительной мощности и нахождение правильного хэша блока с заданным количеством нулей вначале хэша. В системах «доказательства долли владения» это по-другому: случайность достигается за счет низкорасходной операции, выполняемой на основе предыдущих данных блока. Этот процесс «самоссылки» легко скомпрометировать, если кто-то сможет понять, как спрогнозировать следующего производителя блоков; попытки такого прогнозирования стоят мало или вовсе ничего.

Проще говоря, консенсус истории транзакций, построенной на «доказательстве владения долей», не является неизменным, и таким образом не может использоваться в качестве основы для цифровой экономики. Однако, корпоративные или государственные проекты могут успешно разворачивать системы «доказательства владения долей», которые ограничивают возможность атаки путём требования разрешения или оплаты для присоединения к сети; в этом случае системы «доказательства владения долей» осуществимы, но будут расти медленно (требовать проверки участников), а также будут более дорогими в управлении (по той же причине, а также по причине необходимости в обеспечении безопасности на уровне систем «доказательства работы»).

Обязательная эксклюзивность, необходимая в «доказательстве владения долей», ограничивает полезность сети и её потенциал роста. Сети PoS не смогут конкурировать с более дешевыми, надежными, безопасными и доступными системами на основе алгоритма PoW.

«Доказательство доли» как уровень абстракции поверх «Доказательства работы»

Сможет ли какая-то форма «доказательства доли» когда-либо заменить «доказательство работы» как преобладающий механизм консенсуса, на сегодняшний день является одной из самых обсуждаемых тем в криптоиндустрии. Как мы рассказали, существуют теоретические ограничения безопасности систем PoS, хотя у них есть некоторые достоинства при использовании в сочетании с PoW.

В консенсусе PoW Накамото можно сказать, что «один процессор — это один голос». В механизме PoS можно сказать, что «одна монета — это один голос». Распределение влияния среди держателей токена влечёт за собой более широкое и «жидкое» распределение наград за добычу монет по сравнению с выплатами майнерам, у которых есть стимул к объединению в сценарии атаки. Следовательно, PoS может быть эффективным дополнением систем PoW, если этот алгоритм используется для улучшения человеческого консенсуса относительно правил сети. Однако, использования только его — недостаточно.

Если вернуться на шаг назад, то PoW и PoS можно рассмотреть как два разных уровня абстракций. PoW — это уровень, который находится ближе всего к чистому металлу, соединяя оборудование и физические ресурсы для создания распределенного машинного консенсуса. PoS можно использовать для координации человеческого поведения, в то время как неизменность реестра гарантируется PoW.

Интересный дизайн — это использование PoW для производства блоков, а PoS для того, чтобы дать операторам узлов право голоса для коллективного выбора новых блоков. Такие системы делят награду за добычу монет между майнерами и валидаторами полных узлов вместо того, чтобы отдавать 100% награды майнерам. Держатели долей мотивированы к управлению полными узлами и могут голосовать по любым изменениям, которые предлагают майнеры.

При получении компенсации операторам полных узлов можно доверять в том, что они действуют честно с тем, чтобы собрать награду доли и повысить стоимость своих монет; так же майнеры мотивированы на честное производство блоков, чтобы их блоки подтверждались полными узлами. В этом случае сети с PoW для машинного консенсуса и PoS для распределения награды от майнинга и человеческого консенсуса можно назвать гибридными.

Такие гибридные PoS/PoW-сети могут предотвратить сползание сети в «тонкий баланс ужаса» (контроль майнеров) или «тиранию бесструктурности» (контроль разработчиков). Такие системы позволяют принимать решения по правилам машинного консенсуса больше, чем просто узкой группе стейкхолдеров или картелю крупных майнеров [232].

Резюме

В этой части мы выяснили, как компьютеры сети Биткойна достигают децентрализованного и распределенного консенсуса на глобальном уровне. Мы рассмотрели, почему «доказательство работы» — это критическое условие для машинного консенсуса, и как «доказательство доли», хотя и порочное, но может быть использования для дополнения PoW с тем, чтобы сделать человеческий консенсус (т.е. систему управления) более прозрачным и содержательным. В следующей части мы обсудим ценность публичных криптовалютных систем, когда участники сети сохраняют стабильный баланс власти.

Подписывайтесь на BitNovosti в Telegram!

Делитесь вашим мнением об этой статье в комментариях ниже.

Источник

Что движет феноменом криптовалют: Машинный консенсус через «Доказательство работы» — Часть 5