Гостевой пост HodlX Отправьте свой пост
Последние годы вызвали значительный интерес к блокчейн-сетям. Это привело к значительному прогрессу в теории таких распределенных сетей. В частности, последователи собрали больше данных о возможных конструкциях блокчейнов, их ограничениях и компромиссах..
Этот пост посвящен одному из таких компромиссов между безопасностью и скоростью создания монет. В частности, мы попытаемся ответить на вопрос, можно ли сказать, что проекты, основанные на доказательстве доли (PoS), могут обеспечить лучшую версию этого компромисса, чем проекты, основанные на доказательстве работы (PoW)..
Во-первых, давайте обсудим, почему вышеупомянутый компромисс вообще существует и почему он важен. В 2008 году блокчейн Биткойн представил способ решения проблемы «византийских генералов» с помощью доказательства работы. В этом дизайне блокчейн поддерживается майнерами, которые получают вознаграждение за свою работу. Высокие вознаграждения привлекают больше майнеров к сети и стимулируют их привлекать и использовать больше майнингового оборудования. В результате сеть становится более децентрализованной и безопасной..
Вознаграждение майнера часто состоит как из комиссии за транзакцию, так и из вознаграждения за блок. В некоторых сетях блокчейнов, таких как Ripple, вознаграждение производителям блоков состоит только из комиссии за транзакцию. Однако в этой сети есть только ограниченное количество узлов, которые участвуют в консенсусе. Исследователи отмечают, что единственная комиссия за транзакцию недостаточна для обеспечения сети достаточным питанием для привлечения тысяч независимых майнеров. Например, в Биткойне только около 1% вознаграждения соответствует комиссии за транзакцию. Таким образом, вознаграждение за блок, состоящее из недавно выпущенных монет, является незаменимой субсидией для майнеров. Однако такое постоянное создание монеты может привести к снижению стоимости монеты..
Давайте определим понятие «скорость создания монеты» с помощью следующей формулы:
CCR = предложение в годовом исчислении / общее предложение
Очевидно, что высокие значения CCR выгодны для майнеров. В этом случае они получают больше вознаграждения за свой труд. С другой стороны, низкая стоимость CCR выгодна для случайных пользователей и держателей монет. В этом случае можно было ожидать меньшего уровня инфляции или даже дефляции. Часто CCR – это компромисс между майнерами и сетевой безопасностью, с одной стороны, и держателями монет и случайными пользователями, с другой. В настоящее время CCR биткойна и других основных криптовалют составляет около 2%..
Иногда некоторые практики заявляют, что доказательство доли может обеспечить лучшую экономику блокчейна, чем доказательство работы, и поэтому может стать основой для масштабируемых конструкций блокчейнов, основанных на сегментировании. Давайте проверим эту гипотезу.
Модельные предположения
Возникает вопрос: как мы вообще можем сравнивать такие разные системы? Во-первых, существует множество различных PoS-систем. У них разные свойства и компромиссы. Как и другие исследователи, мы исключим из нашего исследования те системы, которые устанавливают ограничения на то, кто может присоединяться к набору валидаторов. Такие системы теряют свойство «не иметь разрешений», которое было достигнуто при разработке биткойнов на основе PoW..
Еще одно важное требование – это исправление для атаки «ничего не поставлено на карту». Без такого исправления система не сможет эффективно устранять вилки и не может считаться безопасной..
Таким образом, идеальной целью для нашего исследования является Ethereum 2.0, который претендует на создание сегментированной цепочки блоков на основе доказательства доли. Этот проект претендует на решение всех возникающих проблем, но имеет подробную документацию, а процесс его разработки часто освещается в средствах массовой информации. Хотя есть и другие проекты, мы не будем их обсуждать в этой статье..
Давайте сравним экономику Ethereum 2.0 с некоторой абстрактной системой блокчейнов, основанной на PoW, которая похожа на Биткойн. Чтобы провести честное сравнение, мы должны предположить, что обе сети имеют одинаковый размер..
Мы предполагаем, что обе сети имеют одинаковую базу пользователей с одинаковой сетевой активностью..
Мы предполагаем, что эти конкурирующие сети имеют одинаковую капитализацию, а также одинаковое количество и объем ежедневных транзакций..
Мы предполагаем, что пользователи платят одинаковый объем комиссий за транзакции, и что эти комиссии приносят гораздо меньший доход, чем вознаграждения за блок..
Кроме того, мы предполагаем, что обе сети имеют одинаковый уровень безопасности, в частности, в отношении их устойчивости к атакам с двойным расходом..
Последний пункт требует подробного пояснения. Хорошо известно, что сети блокчейнов уязвимы для атак с двойным расходом. Во время такой атаки злоумышленник убеждает безрассудного пользователя, что определенная транзакция была внесена в реестр. Когда пользователь выполняет свою часть сделки, злоумышленник создает форк и отменяет транзакцию. Однако этот тип атаки очень дорог в больших сетях, таких как Биткойн. Тем не менее небольшие сети, основанные на PoW, часто становятся жертвами таких атак..
Подобные атаки возможны в сетях, основанных на PoS. Даже сокращение ставок не предотвращает такие атаки. Можно просмотреть нашу предыдущую статью по этой теме..
Чтобы провести успешную атаку, злоумышленник должен понести некоторые расходы. Во-первых, он должен получить достаточную мощность в сети. В случае PoS злоумышленник должен собрать на лимитах достаточное количество средств. В случае PoW злоумышленник должен приобрести достаточное количество оборудования для майнинга. Во-вторых, атака может потребовать дополнительных затрат в зависимости от времени выполнения. В случае с PoW необходимо покупать электроэнергию для оборудования для майнинга и устройств обработки данных. В случае PoS необходимо только запускать блоки обработки данных. Кроме того, часть средств злоумышленника может быть урезана во время атаки. Итак, расходы на атаку двойной траты имеют другую структуру. Возникает вопрос: какой подход лучше с точки зрения безопасности и экономики??
Требование приобрести достаточное количество оборудования для майнинга кажется более сложной задачей, чем получение достаточного количества долей. В случае сетей PoS злоумышленник может тайно покупать монеты на свободном рынке и агрегировать их на нескольких кошельках. Он может использовать прокси-серверы, чтобы скрыть тот факт, что эти средства контролируются одним лицом. Злоумышленник может до последнего момента скрывать свой злой умысел. Более того, в сети PoS только часть средств заблокирована на ставках и обеспечивает безопасность сети. Если честными валидаторами заблокировано только 3% от общего количества монет, то для проведения атаки с двойным расходом достаточно всего 6% от общего количества монет. Напротив, в сети PoW злоумышленнику часто приходится контролировать большинство доступных ресурсов майнинга. На рынке всего несколько крупных производителей ASIC, таких как Bitmain, Bitfury, Canaan и т. Д. Они действительно знают, кому они продают установки для майнинга. Таким образом, у них есть возможность предотвратить концентрацию оборудования для майнинга одной стороной, поскольку это представляет угрозу для их бизнеса..
Возникает вопрос, есть ли возможность арендовать оборудование. Это возможно в случае небольшой сети со слабой скоростью хеширования. Мы исключаем из нашего исследования случай небольшой сети. Владельцы крупных майнинговых ферм не заинтересованы в сдаче оборудования в аренду подозрительным лицам. После успешной атаки двойной траты цены на монеты и оборудование для майнинга часто значительно падают. Таким образом, кредиторы могут потерять гораздо больше, чем они могли бы заработать на кредитовании оборудования, если у них не будет другого легкодоступного варианта использования оборудования. В мире блокчейнов PoW используется десяток различных алгоритмов хеширования, таких как SHA256, Scrypt и Keccak. Каждый блокчейн пытается использовать свой собственный указанный хэш при подписании заголовков блоков. Часто производители оборудования для майнинга разрабатывают определенную серию ASIC для вычисления каждого конкретного хэша. Такие ASIC очень мощные и очень энергоэффективные при выполнении своей основной работы. Они могли бы иметь в тысячу раз превосходство над аналогами общей обработки. Однако эти ASIC практически бесполезны для выполнения обычных вычислений. Так что для других целей они почти бесполезны. Напротив, в сети PoS заемные средства могут использоваться для проведения атак. Недавняя история в сети Steem показала, что заемные средства могут быть использованы для изменения управления сетью..
Давайте сравним расходы злоумышленника во время выполнения. В PoW они состоят в основном из счетов за электроэнергию. Им нужен доступ к огромным источникам дешевой электроэнергии. Необходимо поддерживать сложное оборудование для управления высоковольтными линиями. Этот параметр делает атаки довольно сложными, дорогими и заметными для третьих лиц. Высокие счета за электроэнергию предотвращают атаки на большие расстояния. Напротив, в сети PoS нет необходимости тратить электроэнергию на майнинг. Часто этот факт преподносится как большое преимущество PoS перед PoW. Однако это упрощает атаки с двойным расходом в сети. Можно возразить, что злоумышленник должен заблокировать свои средства в ставках на длительный промежуток времени. Однако в случае сети Steem одна из сторон использовала свою долю, чтобы изменить управление и разблокировать средства в ставках. С этой точки зрения необходимость «заблокировать» ваши средства на дорогостоящем оборудовании для майнинга кажется более обязывающей и убедительной..
Недостатки в экономике ставок
Мы пришли к выводу, что административно определенные «настройки» сетей PoW могут обеспечить более надежные гарантии безопасности. Возникает вопрос: что тогда происходит с сетевой экономикой и выпуском монет??
Давайте сравним две сети на основе нашей модели: одна основана на PoS, а вторая – на PoW..
Предположим, что скорость монет в сети фиксирована..
Предположим, что рыночная капитализация первого из них составляет 66 миллиардов долларов..
Предположим, что в нем поставлено монет на сумму 6 миллиардов долларов..
Попробуем установить такой же размер для второй сети..
Предположим, что рыночная капитализация компании составляет 60 миллиардов долларов..
Предположим, что совокупная стоимость оборудования для майнинга в нем составляет 4 миллиарда долларов..
Итак – обе сети будут иметь в обращении одинаковое количество монет. Чтобы выполнить атаку с двойным расходом, злоумышленник должен доставить во вторую сеть майнинговое оборудование на сумму около 4 миллиардов долларов. Напротив, в первой сети он должен контролировать две трети ставок. Это те же 4 миллиарда долларов, что и в первом случае..
Сторонники PoS-систем утверждают, что у PoS может быть меньшая инфляция, чем у PoW. У них есть следующий аргумент. Давайте выберем калькулятор вознаграждения за размещение ставок и данные плагина из нашей модели. Мы устанавливаем ставку 9,1% от доступного количества токенов. Мы обнуляем доход от комиссий за транзакции и расходы на запуск полной ноды. Тогда среднегодовая ставка вознаграждения от стекинга составляет 5,22%..
При таком сценарии предложение монет растет на 0,47% в год. Итак – после ежегодной корректировки вознаграждение за стейкинг снижено до 4,75%. Эти цифры выглядят привлекательно, поскольку, с одной стороны, вознаграждение за стекинг создает хороший стимул для заинтересованных сторон, а, с другой стороны, скорость создания монет невысока и оказывает небольшое понижательное давление на рыночную стоимость монет..
Однако критика экономики PoS подчеркивает, что возможны и другие сценарии с отталкивающими числами. У них есть следующий аргумент. Ставки могут показаться простым и надежным способом получения дохода. В настоящее время многие пользователи пытаются заработать на росте определенных монет. Эти монеты не меняют владельцев много лет. Для таких инвесторов очень интересна возможность получить дополнительные деньги от стекинга..
В результате интерес к ставке может вызвать ставку в размере 30%, 50% или даже 90% от общего количества монет. Согласно калькулятору ставок, в этих сценариях вознаграждение за ставку включает процент создания монет, составляющий 0,86%, 1,11% и 1,5% соответственно. Однако, поскольку в ставках заблокировано значительное количество монет, существует необходимость в корректировке, которая учитывает реальный объем монет в обращении. Таким образом, после корректировки скорость потока новых монет по отношению к общему объему монет в обращении может быть оценена как 1,23%, 2,22% и 15% соответственно. Таким образом, выпуск монеты может оказать понижательное давление на рыночную цену монеты. Значительный приток новых пользователей и средств в систему может снизить инфляцию и, возможно, вызвать дефляцию. Однако, как только сеть выходит на плато, вознаграждения за стекинг вызывают чистую инфляцию. Более того, эта инфляция может быть выше, чем вознаграждение за ставку. Предположим, что сеть находится в состоянии стагнации, а затем вычислим вознаграждение за стекинг с учетом инфляции. Цифры следующие: 1,65%, 0% и -13,34% соответственно. Это не та прибыль, на которую можно было рассчитывать. Заинтересованные стороны могут попытаться продать свои доли, когда это возможно. Эта проблема может вызвать нестабильность рыночной цены монеты..
Стресс-тест
Давайте изучим поведение сети PoS в стрессовом сценарии. Предположим, что сеть росла долгое время. Поскольку к сети постоянно присоединялись новые пользователи, цена монеты росла, на ставки было больше средств, и все были довольны. Предположим, что 30% предложения монет было связано с ставками. Затем внезапно произошла рецессия. Стоимость фондового рынка упала на 10%, и некоторые пользователи начали продавать свои монеты, чтобы покрыть свои неожиданные убытки. Предположим, никто не ожидает, что рынок восстановится в ближайшее время. Предположим, что активность в сети снизилась, и ожидается, что цена находящихся в обращении монет упадет как минимум на 10% в ближайшие месяцы. Тогда у заинтересованных сторон появляется причина продать свои доли, поскольку делать ставки больше не выгодно. Они теряют больше денег, чем могут рассчитывать получить от ставок. Деньги, которые были поставлены на карту, изымаются и поступают в обращение, что вызывает валютный крах. Затем рынок должен найти новое равновесие. Вопрос в том, где это должно быть.
Безусловно, стейкинг должен стать прибыльным. Таким образом, вознаграждение за стекинг должно решить проблему продолжающегося краха валюты. Однако это возможно только в том случае, если процент вложенных средств упадет ниже 5%. Таким образом, 25% средств, заблокированных на ставках, должны быть выпущены в обращение. Сделаем приблизительную оценку последующей коррекции цены. Таким образом, цена монеты после честной коррекции должна упасть примерно на 1–0,9 * 0,7 / 0,95 = 34%. Коррекция цены может занять несколько месяцев, а может произойти практически сразу. В любом случае держатели монет потеряют много денег. Судя по всему, система сможет выдержать этот стресс-тест только в том случае, если значительное количество пользователей будут считать, что у нее еще светлое будущее, и будут готовы покупать и делать ставки.
Еще одна большая проблема – безопасность. В таком стресс-тесте процент предложения монет в ставках может упасть ниже 5% или даже 2%. Тогда получение контроля над комитетами шардов становится дешевле. Злоумышленники могут использовать эту возможность для проведения атак с двойным расходом. В нашем конкретном стресс-тесте, если рыночная капитализация монеты упадет с 66 миллиардов долларов до 44 миллиардов долларов, и только 2% монет останется на ставках, злоумышленник должен инвестировать всего около 0,6 миллиарда долларов, чтобы начать атаку, что означает что атака с двойным расходом намного дешевле провести в сети PoS, чем в сети PoW.
Напротив, у последнего больше сил, чтобы выдержать такое стресс-тест. Монеты с прежних ставок не имеют длительного влияния на цену монеты. Обычно все риски берут на себя майнеры. Если цена монеты снижается, и майнинг становится менее прибыльным, они отключают свои старые неэффективные майнинговые установки. В случае с биткойном хешрейт может упасть до 10%. Однако эти установки для майнинга не входят в комплект поставки монет. Это внешние субъекты, которые не могут участвовать в поставке монет. Сеть PoW имеет четкое разграничение между пропускной способностью обработки оборудования для майнинга и поставкой монет. В случае стресс-теста это большое преимущество..
Выводы
У каждой из систем PoW и PoS есть свои преимущества и недостатки. Когда мы сравниваем их с точки зрения безопасности, PoW кажется более прочным фундаментальным процессом. Еще одна вещь, которую следует учитывать, – это экономика. Консенсус, основанный на PoS, является привлекательным решением, поскольку устраняет зависимость от производителей оборудования для майнинга. Однако отделение предложения монет от средств, инвестируемых в объекты майнинга, может быть значительным преимуществом для сети PoW. В случае падения рынка цена монеты в сети PoS может упасть глубже, чем цена монеты в сети PoW. Как мы видели, может существовать несколько равновесных путей, ведущих либо к стабильному, либо к нестабильному обменному курсу в сети PoS, причем некоторые из этих равновесных путей приводят к существенной потере стоимости и другим пагубным последствиям. Мы затронули эту тему только на нескольких примерах, но эти эффекты могут быть более системными в тех случаях, когда невозможно найти стабильную ценность с такими основополагающими стимулами, если только сеть постоянно не привлекает новых пользователей. Однако эта гипотеза явно носит слишком ограничительный характер, и дальнейшая работа над неопределенностью равновесия обменных курсов (например, Kareken and Wallace, 1981), применяемая к сети PoS, должна стать темой для исследователей, в которую они могут вникнуть..
Винод Манохаран – технологический предприниматель, основатель и генеральный директор Jax Multiversal Holdings, холдинговая компания, портфель которой включает компании, занимающиеся онлайн-играми, платежные шлюзы и технологические компании Blockchain. Манохаран также является основателем JAX.Network, технологический стартап в Украине, сфокусированный на технологии блокчейн и, в частности, на решении печально известной трилеммы масштабируемости блокчейна.
Написано в сотрудничестве с Юрием Шишацким, главным научным сотрудником JAX.Network..
