Пост за гости на HodlX Изпратете вашата публикация
Последните години предизвикаха значителен интерес към блокчейн мрежите. Това доведе до значителен напредък в теорията на такива разпределени мрежи. По-специално, последователите са събрали повече данни за възможните блокчейн дизайни, техните ограничения и техните компромиси.
Тази публикация е посветена на един такъв компромис между сигурността и скоростта на създаване на монети. По-специално, ние ще се опитаме да отговорим на въпроса дали е основателно да се каже, че дизайните, основани на доказателство за участие (PoS), могат да предоставят по-добра версия на този компромис от проектите, базирани на доказателство за работа (PoW).
Първо, нека да обсъдим защо гореспоменатият компромис дори съществува и защо има значение. През 2008 г. блокчейнът на Биткойн въведе начин за справяне с проблема „византийски генерали“ с доказателство за работа. В този дизайн блокчейн се поддържа от миньори, които получават възнаграждение за труда си. Високите награди привличат повече миньори да се присъединят към мрежата и ги стимулират да внесат и използват повече оборудване за добив. В резултат на това мрежата става по-децентрализирана и защитена.
Наградата на миньор често се състои както от такси за транзакции, така и от блокова награда. В някои блокчейн мрежи като Ripple наградата за производителите на блокове се състои само от таксата за транзакции. В тази мрежа обаче има само ограничен брой възли, които участват в консенсуса. Изследователите посочват, че единствените такси за транзакции са недостатъчни, за да подхранват мрежата достатъчно, за да привлекат хиляди независими миньори. Например в биткойн само около 1% от наградите съответстват на таксите за транзакции. Следователно, блоковата награда, която се състои от новоиздадени монети, е незаменима субсидия за миньорите. Това стабилно създаване на монети обаче може да доведе до намаляване на стойността на монетите.
Нека да определим количествено понятието „процент на създаване на монети“ чрез следната формула:
CCR = годишно предлагане / общо предлагане
Очевидно е, че високите стойности на CCR са полезни за миньорите. В този случай те получават повече награди за работата си. От друга страна, ниската стойност на CCR е полезна за случайни потребители и притежатели на монети. В този случай може да се очаква по-ниска инфлация или дори дефлация. Често CCR е компромис между майнери и мрежова сигурност, от една страна, и притежатели на монети и случайни потребители, от друга страна. В момента Bitcoin и други основни криптовалути имат CCR около 2%.
Понякога някои практикуващи твърдят, че доказателството за залог може да осигури по-добра икономика на блокчейн, отколкото доказателство за работа, и следователно може да се превърне в гръбначен стълб за мащабируеми блокови вериги, базирани на шардинг. Нека проверим тази хипотеза.
Моделни предположения
Може да се зададе въпрос: Как можем изобщо да сравняваме толкова различни системи? На първо място, има много различни PoS системи. Те имат различни свойства и компромиси. Подобно на други изследователи, ние ще изключим от нашето проучване онези системи, които определят ограничения за това кой може да се присъедини към набора от валидатори. Такива системи губят свойството да бъдат „без разрешение“, което е постигнато при проектирането на PoW-базиран биткойн.
Друго важно изискване е поправянето на нищо, което не е заложено в атака. Без подобна корекция системата не може ефективно да разрешава разклоненията и не може да се счита за сигурна.
По този начин, перфектната цел за нашето проучване е Ethereum 2.0, който се преструва, че изгражда остър блокчейн, основан на доказателство за залог. Този проект се преструва, че решава всички възникнали проблеми, но има подробна документация и процесът му на разработка често се излага в медиите. Въпреки че има други проекти наоколо, ние няма да ги обсъждаме в този документ.
Нека сравним икономиката в Ethereum 2.0 с някаква абстрактна блокчейн система, базирана на PoW, която е подобна на Bitcoin. За да направим честно сравнение, трябва да приемем, че и двете мрежи имат еднакъв размер.
Предполагаме, че и двете мрежи имат една и съща потребителска база, с еднаква мрежова активност.
Предполагаме, че тези конкурентни мрежи имат еднаква капитализация, както и еднакъв брой и обем на транзакциите на ден.
Предполагаме, че потребителите плащат същия обем на таксите за транзакции и че тези такси изплащат далеч по-малко приходи от блоковите награди.
Освен това предполагаме, че и двете мрежи имат еднакво ниво на сигурност, по-специално по отношение на тяхната съпротива срещу атаки с двойно харчене.
Последната клауза изисква подробно обяснение. Добре известно е, че блокчейн мрежите са уязвими за атаки с двойно харчене. По време на такава атака злонамереният актьор убеждава безразсъдния потребител, че определена транзакция е била включена в дневника. Когато потребителят изпълни своята част от сделката, нападателят създава вилица и обръща транзакцията. Този тип атака обаче струва много скъпо в големи мрежи като Биткойн. Въпреки това малките мрежи, базирани на PoW, често стават жертви на подобни атаки.
Подобни атаки са възможни в мрежите, базирани на PoS. Дори нарязването на залози не предотвратява подобни атаки. Може да се направи преглед на предишния ни доклад по тази тема.
За да проведе успешна атака, злонамереният актьор трябва да поеме някои разходи. Първо, той трябва да придобие достатъчно мощност в мрежата. В случай на PoS, злонамереният участник трябва да събере достатъчно количество средства в залози. В случая на PoW, злонамереният актьор трябва да придобие достатъчно количество хардуер за добив. Второ, атаката може да изисква да бъдат направени допълнителни разходи въз основа на времето на изпълнение. В случая на PoW е необходимо да се закупи електричество за добив на хардуер и устройства за обработка на данни. В случая на PoS има нужда само от стартиране на единици за обработка на данни. Също така, известна сума от средствата на нападателя може да бъде намалена по време на атаката. Така че разходите за атака с двойно харчене имат различна структура. Въпросът е: Кой подход е по-добър от гледна точка на сигурността и икономиката?
Изискването за придобиване на достатъчно количество хардуерен хардуер изглежда по-трудна задача от придобиването на достатъчно количество залози. В случай на PoS мрежи, нападателят може тайно да купува монети на свободния пазар и да ги обединява в множество портфейли. Той може да използва прокси сървъри, за да скрие факта, че тези средства се контролират от един обект. Нападателят може да скрие злонамереното си намерение до последния момент. Освен това в PoS мрежата само част от средствата са заключени в залози и осигуряват мрежова сигурност. Ако само 3% от предлагането на монети е заключено в залози от честни валидатори, тогава само 6% от предлагането на монети е достатъчно за провеждане на атака с двойно харчене. За разлика от това, в PoW мрежата нападателят често трябва да контролира по-голямата част от наличните ресурси за добив. На пазара има само няколко големи производители на ASIC, като Bitmain, Bitfury, Canaan и др. Те знаят на кого продават майнинг платформи. Така те имат възможността да предотвратят концентрацията на хардуерния хардуер от една страна, тъй като това е заплаха за техния бизнес.
Човек може да се запита дали има опция за наемане на хардуер. Възможно е в случай на малка мрежа със слаба скорост на хеширане. Ние изключваме от нашето проучване случая на малка мрежа. Собствениците на големи добивни ферми не се интересуват от отдаване под наем на техния хардуер на подозрителни лица. След успешна атака с двойно харчене, цените на монетите и на хардуера за добив често падат значително. Така че заемодателите могат да загубят много повече, отколкото биха могли да спечелят от хардуерното кредитиране, освен ако нямат друга лесно достъпна опция за използване на хардуера. В света на PoW блокчейн се използват дузина различни алгоритми за хеширане, като SHA256, Scrypt и Keccak. Всеки блокчейн се опитва да има свой собствен хеш, който да използва, когато подписва блокови заглавки. Често производителите на хардуер за добив проектират специфична серия ASIC за изчисляване на всеки конкретен хеш. Такива ASIC са много мощни и много енергийно ефективни при изпълнението на основната си работа. Те биха могли да имат хилядократно превъзходство над колегите за обща обработка. Тези ASIC обаче са почти безполезни за изпълнението на общи изчисления. Така че те са почти безполезни за други цели. За разлика от това, в PoS мрежата заетите средства могат да се използват за извършване на атаки. Неотдавнашната история в мрежата Steem разкри, че привлечените средства могат да бъдат използвани за промяна на управлението на мрежата.
Нека сравним разходите на нападателя по време на изпълнение. В PoW те се състоят предимно от сметки за електричество. Те се нуждаят от достъп до огромни източници на евтина електроенергия. Необходимо е да се поддържа усъвършенстван хардуер за управление на линии с високо напрежение. Тази настройка прави атаките доста трудни, скъпи и забележими за трети страни. Високите сметки за ток предотвратяват атаки от голям обсег. За разлика от това, в PoS мрежата няма нужда да се хаби електроенергия за добив. Често този факт се представя като голямо предимство на PoS пред PoW. Това обаче опростява атаките с двойно харчене в мрежата. Може да се твърди, че злонамереният актьор трябва да заключи средствата си в залози за дългия интервал от време. В случая с мрежата Steem обаче една от страните използва своя дял, за да модифицира управлението и да отключи средствата в залозите. В тази перспектива необходимостта да „заключите“ средствата си в скъп хардуер за добив изглежда е по-обвързваща и убедителна.
Недостатъци в залагащата икономика
Заключихме, че административно посочените „настройки“ на PoW мрежите могат да осигурят по-солидни гаранции за сигурност. Въпросът е: Какво се случва тогава с икономиката на мрежата и издаването на монети?
Нека сравним две мрежи, базирани на нашия модел: едната е базирана на PoS, а втората е базирана на PoW.
Да приемем, че скоростта на монетите в мрежата е фиксирана.
Да предположим, че първият има пазарна капитализация на стойност 66 милиарда долара.
Да приемем, че в него са заложени монети на стойност 6 милиарда долара.
Нека се опитаме да зададем същия размер за втората мрежа.
Да приемем, че има пазарна капитализация от 60 милиарда долара.
Да предположим, че общите разходи за добив на хардуер в него са 4 милиарда долара.
И така – и двете мрежи ще имат една и съща доставка на монети в обращение. За да извърши атака с двойно харчене, злонамереният актьор трябва да донесе хардуер за хардуер на стойност около 4 милиарда долара във втората мрежа. За разлика от това, в първата мрежа той трябва да контролира две трети от залозите. Това са същите 4 милиарда долара, както в първия случай.
Застъпниците на PoS системите твърдят, че PoS може да има по-нисък процент на инфлация от този, базиран на PoW. Те имат следния аргумент. Нека да изберем калкулатор за награди и данни за приставки от нашия модел. Зададохме 9,1% от допустимата доставка на символи, които да бъдат заложени. Зададохме нула доходите от такси за транзакции и разходите за стартиране на пълния възел. Тогава годишният процент на възнаграждение от залагане е 5,22%.
При този сценарий предлагането на монети нараства с 0,47% годишно. И така – след годишна корекция, наградата за залагането се намалява до 4,75%. Тези числа изглеждат привлекателни, тъй като, от една страна, наградите за залагане създават добър стимул за заинтересованите страни, а от друга страна, процентът на създаване на монети е умерен и не оказва малко натиск надолу върху пазарната стойност на монетите.
Критиките на PoS икономиката обаче подчертават, че са възможни и други сценарии с отблъскващи числа. Те имат следния аргумент. Залагането може да се появи като прост и сигурен начин за получаване на приходи. В днешно време много потребители се опитват да печелят пари от растежа на определени монети. Тези монети не сменят собствениците в продължение на много години. Вариантът за получаване на допълнителни пари от залагане е много интересен за такива инвеститори.
В резултат на това интересът към залагането може да доведе до залагане от 30%, 50% или дори 90% от предлагането на монети. Според калкулатора за залагане в тези сценарии наградите за залагане включват проценти на създаване на монети съответно 0,86%, 1,11% и 1,5%. Тъй като обаче значително количество монети са заключени в колове, има нужда от корекция, която отчита реалния обем на монетите в обращение. Така че, след корекцията, скоростта на потока на нови монети по отношение на общия обем на монетите в обращение може да се изчисли съответно на 1,23%, 2,22% и 15%. По този начин издаването на монети може да окаже натиск надолу върху пазарната цена на монетите. Значителният приток на нови потребители и средства в системата може да намали инфлацията и вероятно да причини дефлация. След като обаче мрежовите плата, наградите за залагане причиняват чиста инфлация. Освен това тази инфлация може да е по-висока от наградите за залагане. Да приемем, че мрежата е в застой и след това да изчислим награди за залагане, адаптирани към инфлацията. Числата са както следва: 1,65%, 0% и -13,34%, съответно. Това не е печалбата, която може да се очаква. Заинтересованите страни могат да се опитат да продадат своите дялове, когато това е възможно. Този проблем може да причини нестабилност на пазарната цена на монетата.
Стрес тестът
Нека да проучим поведението на PoS мрежата в стресовия сценарий. Да предположим, че мрежата е растяла дълго време. Тъй като новите потребители непрекъснато се присъединяват към мрежата, цената на монетата нараства и се залагат повече средства и всички са доволни. Да приемем, че 30% от предлагането на монети е било заложено на залози. Тогава изведнъж настъпи рецесия. Стойността на фондовия пазар спадна с 10% и някои потребители започнаха да продават своите монети, за да покрият своите неочаквани загуби. Да приемем, че никой не очаква пазарът да се възстанови в близко бъдеще. Да приемем, че активността в мрежата е спаднала и се очаква цената на монетите в обращение да спадне с поне 10% в близките месеци. Тогава заинтересованите страни имат причина да продадат своите дялове, тъй като залагането вече не е изгодно. Те губят повече пари, отколкото могат да очакват да спечелят от залагане. Заложените средства се изтеглят и влизат в обращение и предизвикват валутен срив. След това пазарът трябва да намери ново равновесие. Въпросът е къде трябва да бъде това.
Разбира се, залагането трябва да стане печелившо. Така че наградите за залагане трябва да отговорят на продължаващия валутен срив. Това обаче е възможно само ако процентът на заложените средства падне под 5%. Така че 25% от средствата, заключени в залози, трябва да бъдат пуснати в обращение. Нека направим груба оценка за последващата корекция на цената. Така че цената на монетата след честната корекция трябва да спадне с около 1–0,9 * 0,7 / 0,95 = 34%. Корекцията на цената може да отнеме няколко месеца или може да се случи почти веднага. И в двата случая притежателите на монети ще загубят много пари. Очевидно системата може да издържи на този стрес тест само ако значителен брой потребители вярват, че все още има светло бъдеще, и останат готови да купуват и залагат монети.
Друг голям проблем е сигурността. При такъв стрес тест процентът на предлагането на монети в залозите може да падне под 5% или дори 2%. Тогава получаването на контрол над комитетите за парчета става по-евтино. Злонамерените актьори могат да използват тази възможност за извършване на атаки с двойно харчене. В нашия конкретен стрес тест, ако пазарната капитализация на монетата спадне от 66 млрд. До 44 млрд. Долара и само 2% от монетите останат в залози, злонамерен актьор трябва да инвестира само около 0,6 млрд. Долара, за да предприеме атака, което означава че атаката с двойно изразходване е много по-евтина за провеждане в PoS мрежа, отколкото при PoW мрежа.
За разлика от това, последният има повече сила да издържи такъв стрес тест. Монетите от бивши залози нямат дългосрочен ефект върху цената на монетата. Обикновено всички рискове се поемат от миньорите. Ако цената на монетата спадне и добивът стане по-малко печеливш, тогава те изключват старите си неефективни майнинг платформи. В случай на биткойн, скоростта на хеширане може да падне с до 10%. Тези майнинг платформи обаче не са част от предлагането на монети. Те са външни субекти, които не могат да влязат в предлагането на монети. PoW мрежата има ясно разграничение между капацитета за обработка на хардуерния хардуер и предлагането на монети. В случая на стрес теста това е голямо предимство.
Заключения
Системите PoW и PoS имат своите предимства и недостатъци. Когато ги сравняваме по отношение на сигурността, PoW изглежда е по-солиден основен процес. Друго нещо, което трябва да имате предвид, е икономиката. Консенсусът, базиран на PoS, е привлекателно решение, тъй като елиминира зависимостта от производителите на хардуер за добив. Разделянето на предлагането на монети от средствата, инвестирани в минни съоръжения, може да бъде значително предимство за PoW мрежата. В случай на пазарен спад цената на монетите в PoS мрежата може да падне по-дълбоко от цената на монетите в PoW мрежата. Както видяхме, може да съществуват множество равновесни пътища, водещи до стабилен или нестабилен обменен курс в PoS мрежа, като някои от тези равновесни пътища водят до значителна загуба на стойност и други вредни ефекти. Ние засегнахме тази тема само с няколко примера, но тези ефекти могат да бъдат по-системни в случаите, когато никога не може да се намери стабилна стойност с подобни основни стимули, освен ако мрежата непрекъснато привлича нови потребители. Тази хипотеза обаче е очевидно твърде ограничителна и повече работа по неопределеността на равновесието на валутните курсове (напр. Kareken and Wallace, 1981), приложена към PoS мрежа, трябва да бъде тематична област, в която изследователите да се задълбочат.
Vinod Manoharan е технологичен предприемач и основател и главен изпълнителен директор на Jax Multiversal Holdings, холдингова компания, чието портфолио включва компании за онлайн игри, платежни шлюзове и технологични компании Blockchain. Манохаран е и основателят на JAX.Мрежа, технологично стартиране в Украйна, фокусирано върху блокчейн технологията и по-конкретно, решаване на скандалната трилема за мащабируемост на блокчейн.
Написано в сътрудничество с Юрий Шишацки, главен научен директор в JAX.Network.
