Пятница , Сентябрь 18 2020
Домой >> Новости >> Как выбрать алгоритм консенсуса для построения собственного блокчейна?

Как выбрать алгоритм консенсуса для построения собственного блокчейна?

Как выбрать алгоритм консенсуса для построения собственного блокчейна?

Перед разработкой собственного блокчейна ваша команда должна четко понимать, для чего необходим блокчейн и какой бюджет вы сможете выделить на его содержание.

Проектирование и запуск блокчейна имеют свои нюансы. Их можно легко упустить при планировании, если вы неверно оценили объем и сложность задачи.

Чтобы помочь проектам избежать таких ошибок, руководитель отдела исследований MixBytes Сергей Прилуцкий подготовил пошаговое руководство по запуску блокчейна.

Данная статья поможет вам определиться с выбором алгоритма консенсуса для построения собственного блокчейна, исходя из его технических свойств и ограничений.

***

Я буду исходить из того, что блокчейн предназначен для достаточно сложных сделок. Все рассматриваемые решения подходят для работы с кодом, размещенным в блокчейне.

Я намеренно не включил в перечень решения, которые находятся на ранних этапах развития, неизвестны широкому кругу программистов или не имеют важных механизмов, обеспечивающих безопасную работу блокчейна: неустойчивы к византийскому поведению нод (non-BFT) или могут быть успешно атакованы с единственного аккаунта. Без этих свойств блокчейн не имеет ценности и превращается в медленную, дорогую и неудобную в использовании базу данных.

Чтобы определиться, строить ли новую систему или использовать готовое решение, в первую очередь необходимо определиться с консенсусом — главным алгоритмом, обеспечивающим блокчейну BFT-свойства.

Консесусы: proof-of-work, proof-of-stake, proof-of-authority

Для начала рассмотрим разные типы консенсуса с точки зрения запуска и эксплуатации сети. Любой BFT-консенсус в блокчейнах должен удовлетворять как минимум два важных свойства распределенных систем: safety и liveness.

Safety гарантирует, что алгоритм никогда не придет к неверному консенсусу, если большинство узлов честно следуют протоколу, а liveness — что алгоритм никогда не «застрянет», не имея возможности выбора пути.

Эти свойства должны гарантированно выполняться при наличии в сети byzantine-участников, намеренно действующих наихудшим образом.

Proof-of-work (PoW)

Преимущество этого типа консенсуса — отсутствие необходимости регистрировать в сети валидаторов. Принимается любой блок, удовлетворяющий требования, без подтверждения других участников. Это позволяет оставить лишь часть логики, отвечающую за изменение сложности майнинга.

В теории этот вид консенсуса допускает любое число валидаторов — ведь соревноваться за блок может сколько угодно валидаторов. В реальных сетях, если валидаторов (майнеров) много, а сложность сети высока, то шансов получить награду за блок у отдельного майнера крайне мало. Для такого консенсуса необходимо сразу планировать работу майнинговых пулов, объединяющих майнинговые мощности, и соответствующее ПО.

При старте сети валидаторы должны сразу же установить серьезные вычислительные мощности. Это часто упускают из вида, надеясь на постепенное увеличение сложности сети и количества майнеров. Невысокий хешрейт открывает двери для недорогих атак 51%, когда атакующий на очень короткое время арендует много серверов, чтобы получить 51% хешрейта сети, и проводит атаку двойной траты.

Поэтому для PoW-сети придется планировать более сложную процедуру запуска. Сначала команда запускает сеть с собственными валидаторами, а потом постепенно «уступает» производство блоков майнерам, которые в этом случае могут плавно наращивать мощности.

Proof-of-authority (PoA)

PoA-консенсусы — это алгоритмы, использующие заранее назначенный набор аккаунтов, которые могут производить блоки и голосовать за принятие и исключение новых членов. Этот вид консенсуса — естественный выбор для корпоративных блокчейнов и тестовых сетей. Здесь может вообще не быть внутреннего токена, а при голосованиях за блоки и при выборах валидаторов 1 валидатор = 1 голос.

Это семейство алгоритмов представлено фундаментальным алгоритмом pBFT. В измененном виде он является базой для большого числа консенсусов, позволяя договориться о любых данных со всеми гарантиями безопасности.

Ранее я уже говорил о том, что не существует гарантированно безопасных консенсусов, в которых требуется менее, чем 2/3 + 1 сообщений от валидаторов. pBFT это доказывает математически. В разных консенсусах эти сообщения, подтверждающие, что валидатор принимает блок, собираются в разные моменты времени.

Процесс сбора подтверждений и в дальнейшем признание блока окончательным получил отдельное название финализации. Блоки, на которых достигнут общий консенсус называются финальными. Для уменьшения числа сообщений в части алгоритмов финальность достигается не на всех блоках, а только на некоторых, «заверяющих» сразу несколько блоков. Таким образом сильно уменьшается число сообщений между валидаторами и существенно ускоряется консенсус.

Из-за разделения процедур валидации блоков и финализации присутствует некоторая путаница, из-за которой оценивать скорость консенсуса становится непросто.

Например, алгоритм pBFT, используемый в консенсусе Tendermint (Cosmos), требует консенсуса на каждый блок, т.е. мгновенно финализирует его, а алгоритм EOS финализирует лишь один из множества блоков, финализируя сразу цепочку.

Aura — популярный алгоритм для POA-сетей на базе Ethereum — использует псевдослучайный выбор валидатора для каждого блока и параллельно договаривается о финализированных блоках с использованием алгоритма GRANDPA, ожидая > 2/3 подписей-подтверждений от других валидаторов. Такой параллельно работающий алгоритм финализации получил название finality gadget.

Похожим образом работает консенсус EOS, создающий «расписание» для валидаторов на некоторый период времени (epoch) и требуя финализации блоков в конце каждой epoch.

Proof-of-stake (PoS)

Почти все существующие реализации этих алгоритмов включают в себя алгоритмы из POA-консенсусов, что добавляет путаницы. Современные PoS-алгоритмы работают следующим образом: при помощи балансов участвующих в выборах валидаторов (стейков) формируется список валидаторов (например, голосованиями, заморозкой депозитов и т.д.). В течение некоторого времени, до момента изменения списка валидаторов, сеть работает, используя PoA-алгоритм, например pBFT.

Наиболее распространенными стали алгоритмы, названные Delegated Proof-of-Stake (DPoS), где аккаунты в сети различными способами голосуют своими балансами за валидаторов, формируя топ из N валидаторов.

Выбирая консенсус для своего блокчейна, стоит в первую очередь рассмотреть процесс финализации блоков. От нее будет зависеть время, через которое клиент получит подтверждение своих транзакций. Токеномику, процедуру «выборов» валидаторов и получение наград за блоки лучше рассматривать отдельно. В этой части может быть применено большое число разных экономических механизмов.

Отмечу, что корпоративным сетям не стоит пренебрегать экономическими механизмами и PoS-алгоритмами, даже если в сети нет никакой экономики и токена. Любые бесплатные транзакции — это почти всегда вектор атаки на систему с единственного аккаунта. Наличие баланса «технического» токена на аккаунте может служить удобным ограничителем, когда у атакующего просто не хватит средств на полномасштабную атаку, а также позволит более гибко регулировать доступ и нагрузку на сеть.

Варианты имплементации

Планируя свой блокчейн, надо понять, можно ли использовать готовое решение или стоит создать все с нуля, полностью контролируя код.

Блокчейн — это мир открытого ПО. Закрытый код в нем практически невозможен — криптографические протоколы давно создаются на открытых международных конкурсах, а реализациям с закрытым кодом мало кто доверяет из-за больших рисков.

Используйте то, что создали программисты до вас. Крайне велика вероятность, что ваши задачи уже решали, обсуждали и проверяли, поэтому не стоит тратить на них лишние усилия.

Если же вы решили делать свой консенсус, связанный с сетевым взаимодействием, или вы используете новые криптографические концепции, которые архитектурно не укладываются в традиционный дизайн блокчейнов; если вы собираетесь обойти все существующие решения по производительности, экономя каждый бит; если транзакции в вашем блокчейне настолько специфические, что ничего подобного в мире не существует… Тогда ваш путь — блокчейн с нуля.

Смотрите также

Запуск токена UNI позволил ETH-майнерам заработать $1 млн на комиссиях всего за час

Майнеры Ethereum сегодня обновили недавний рекорд по заработку на комиссиях в течение одного часа. Согласно …

Добавить комментарий

Adblock
detector