Что такое децентрализация блокчейн
Децентрализация: большая проблема для Blockchain
Привет, Хабр! Представляю вашему вниманию перевод статьи «Decentralization: The Big Problem For Blockchain».
Децентрализация является одним из ключевых слов технологии blockchain: появились компании и веб-сайты, которые включают это слово в свое имя.
Децентрализация рекламировалась как самая продвинутая особенность финтех. Аббревиатура DLT (Decentralized Ledger Technology) стала синонимом blockchain в разрешенной среде Fintech.
Мало кто понимает, что децентрализация сама по себе является проблемой, и в течение многих лет технология blockchain останавливается.
Позволь мне объяснить:
В 1960-х годах, компьютерные системы были централизованы или настроены как топология сети звезда. Только в начале 1970-х годов, необходимость подключения компьютеров нескольких производителей стала насущной.
В то время, узлы нескольких существующих сетей связи, были организованы иерархически, но с самого начала протоколы, реализованные в узлах ARPA, RPCNET, PISA и других новаторских сетей, предшествующих Интернету, были разработаны с общей идеей, что Центральный узел или орган должен контролировать, руководить, быть центром или владеть сетью.
Другими словами, мы знали, что централизованная многоуровневая сеть звезда, с ее врожденными узкими местами, не сможет удовлетворить даже потребности тысяч пользователей в 1970-х годах. Мы также предположили, что за счет сокращения числа узких мест в результате децентрализации, проблема будет уменьшена, но не решена. Мы знали, что решение должно использовать распределенную одноранговую модель.
Поскольку многие организации будут задействованы в предоставлении узлов, каналов, и ненадежного аппаратного и программного обеспечения, мы предполагали, что сеть ненадежна. Мы не знали, как согласованный набор данных или даже одна транзакция, могут поддерживаться в нескольких базах данных через ненадежную сеть, когда любой узел может генерировать сообщение, или в терминологии финтех, финансовую транзакцию. Проблема была еще более усугублена присутствием злонамеренных игроков.
Почему blockchain технология препятствует идее децентрализации
В общих чертах, мы признаем, что сеть децентрализована, когда управление сетью совместно используется подмножеством узлов сети.
Сеть распределяется, когда все узлы в равной степени разделяют обязанности и запускают одно и то же программное обеспечение узла.
Децентрализованные (разрешенные и основанные на лидерах) сети часто являлись расширениями централизованных сетей, вытекающих из требований приложений, например, в сфере финтех-индустрии.
Сетевое программное обеспечение blockchain (базовое системное программное обеспечение) не должно разрабатываться в соответствии с требованиями приложения, поскольку они будут меняться. Мы не проектировали сетевые предшественники Интернета и самого Интернета, основываясь только на требованиях приложений 1970-х годов. Мы не могли бы предсказать, какие отрасли будут развиваться, основываясь на способности обмениваться информацией в глобальном масштабе.
Точно так же базовая сеть blockchain, должна быть максимально общей, гибкой и масштабируемой. Разрешения, клиент-сервер и требования частной сети, могут тогда рассматриваться как особые случаи распределенной сети, например, с использованием концепции виртуальных частных (blockchain) сетей.
Распределенные сети с большей вероятностью, не зависят от какой-либо конкретной физической структуры. Узлы могут динамически соединяться друг с другом, и могут использоваться процедуры случайного соединения. Консенсусные решения, реализованные в распределенных сетях, также могут быть недопустимыми, управляемыми большинством и рекурсивными.
Распределение, а не децентрализация, должны были стать основной целью проектирования криптосетей.
Почему мы потерпели неудачу
Неспособность исследовать соглашения о распределенном консенсусе, частично обусловлена формулировкой проблемы византийских генералов в 1982 году, которая моделирует, как можно поддерживать целостность информации в ненадежной среде. Проблема византийских генералов изучалась исследователями более тридцати лет.
Аналогия нескольких союзных армейских дивизий, удерживавших осажденный город, предполагала, что никому на поле нельзя доверять, чтобы доставить сообщение, и что некоторым из самих генералов нельзя было доверять при выдаче команды.
Однако формулировка армейской аналогии, предполагала наличие как минимум двух классов войск: генералов и солдат.
Затем некоторые люди ограничивали свое мышление более конкретным случаем, когда генералы давали команды, которые нужно было как передавать другим генералам, так и защищать от вмешательства со стороны злоумышленников или предателей.
В конце концов, этот подход привел к ограниченному определению проблемы консенсуса.
Модели консенсуса, основанные на лидерах, такие как Paxos и Raft, преподавались в университетах и использовались в качестве моделей, разработчиками blockchain сетей.
В результате практические решения проблемы византийских генералов, были сосредоточены на различных методах выбора узла-лидера, который отправлял бы блок проверенной информации всем остальным узлам вместо того, чтобы пытаться достичь консенсуса по содержанию блока.
Отсутствует цель
Консенсус относительно того, какой узел должен быть текущим лидером, не решает проблему доверия. Текущий лидер должен быть доверенным. Он должен выполнять работу по проверке и сборке блоков справедливым образом.
Таким образом, на основе текущих протоколов консенсуса, лидер должен предоставить некоторые полномочия: proof of work, proof of stake, доказательство способности или доказательство чего-либо еще.
Эти «доказательства» не гарантируют нечего больше, чем личный интерес, который могут иметь узлы-лидеры (или узлы, стремящиеся быть узлами-лидерами) в сети: чем больше процентов они приобретают, тем меньше они будут готовы уничтожить свою форму дохода.
Эти «доказательства» гарантируют, что потенциальные лидеры имеют полномочия, но не гарантируют, что информация, собранная в блоке, является правильной, или, что она была проверена большинством узлов.
Мы увидели более 60 предложенных решений на основе лидерских моделей для различных реализаций blockchain. Они страдают от общей ошибки: один узел решает, что будет хранить каждый другой узел в blockchain. Результат почти противоположен тому, что требуется.
Резюме недостатков основанных на лидере протоколов
Протоколы на основе лидера имеют следующие недостатки:
Лучшая аналогия
Размышляя об аналогии с проблемой достижения общего решения в неорганизованной и ненадежной среде, мы могли бы использовать аналогию армии без званий, но она не была бы очень интуитивной.
Лучшей аналогией, могла бы стать задача определения ежедневной цены закрытия на фондовой бирже. По этой аналогии множество покупателей и продавцов определяет ежедневную цену закрытия акций, используя стохастический процесс, без какого-либо конкретного лица, принимающего решение за кого-либо еще.
На фондовом рынке нет «правильного» ответа на цену акций, а только согласованная дневная цена закрытия.
Аналогично, в составе блока несколько переменных, таких как порядок транзакций, могут определять окончательную композицию блока. Не существует «правильной» композиции блоков, только одна, с которой согласуются узлы.
Консенсусные протоколы, основанные на более распределенной аналогии, могли бы избежать тенденции к централизации и необходимости промежуточных узлов, типичных для основанных на лидере протоколов.
Примеры посредников в сети:
Что не так с посредниками?
Прежде всего, это вопрос стоимости: если посредники выполняют полезную работу, например, проверяют транзакции, их нужно вознаграждать.
Это также вопрос доверия: клиенты, использующие сеть с посредниками, должны доверять:
Не слишком ли поздно менять модель консенсуса в blockchain?
Большинство экспертов скажут вам, что основной функцией согласованных протоколов, является поддержание безопасности сети. Эта точка зрения смешивает две проблемы. Безопасность, необходима, но это совершенно другое требование, которое может быть решено другими способами.
Тем не менее, многие разработчики придерживаются идеи, что консенсус означает выбор лидера, и что консенсус необходим для поддержания безопасности.
Оглядываясь назад, если бы мы думали о лучшей распределенной аналогии, исследование могло бы пойти в другом направлении, предлагая стохастические подходы, и могло бы привести нас к более ранней разработке, лучше распределенных решений без посредников.
Теперь это проблема образования, а не техническая проблема. Большинство исследователей, консультантов и экспертов по криптосетям, владеют всеми деталями PoW, PoS, DPoS и несколькими десятками альтернатив, основанных на одной и той же модели, основанной на лидерах.
Те немногие решения, которые не основаны на лидерах, не являются blockchain-решениями: это решения, где каждая транзакция обрабатывается отдельно.
С другой стороны, большинство людей и 95% компаний, согласно недавнему опросу, понимают потенциал технологии blockchain.
Срочно необходим переход от децентрализованной к распределенной модели, чтобы раскрыть истинный потенциал blockchain, решить проблемы масштабируемости и запустить blockchain на любом пользовательском устройстве без посредников.
Безопасность, децентрализация и равные права. Как работает блокчейн
Блокчейн позволяет пользователям просматривать и обновлять единый, общий реестр транзакций, который поддерживается децентрализованным способом без присутствия доверенной третьей стороны. Именно через механизм консенсуса обновляется эта цепочка блоков, механизм, которой обеспечивает четкое и однозначное упорядочение транзакций и блоков и гарантирует целостность и согласованность содержимого этой цепочки между различными распределенными узлами сети.
В рамках публичного блокчейна каждый может создать собственный распределенный узел. Следовательно, необходимо согласовать механизму согласованности между этими узлами, которых, как правило, много, чтобы эффективно снизить вероятность атаки Sybil или DDoS. Первоначально эта проблема была решена с помощью самых первых платформ блокчейнов, потребовав от узлов, чтобы они предоставили «доказательство работы». Этот концепт было весьма трудно реализовать, но можно было легко проверить (Proof of Work или PoW). Тем не менее, публичные или частные блокчейн-платформы должны отвечать растущим требованиям приложений, для которых они предназначены:
Хотя механизм PoW позволил установить надежный консенсус в глобальной сети, он совсем не подходит для приложений, требующих, например, очень высокую пропускную способность транзакций. Для преодоления этих различных ограничений были разработаны и внедрены новые механизмы консенсуса.
Какова цель механизмов консенсуса?
Цель механизма консенсуса в сети состоит в том, чтобы позволить членам сети согласовывать текущее состояние истории транзакций. Другими словами, это процесс, который позволяет сети, совместно использующей общую историю (блокчейн), согласовать действительность и порядок транзакций, которые будут добавлены в историю, путем последовательного добавления новых блоков.
Можно выделить следующие цели:
Описание алгоритмов консенсуса:
Proof-of-work (PoW)
Proof-of-work — это алгоритм консенсуса, используемый для достижения соглашения, который определяет, какие из блоков будут добавлены в цепочку после майнинга. Цель этого протокола состоит в том, чтобы избежать кибератак, таких как отказ в обслуживании (DDoS). Он работает через добавление задачи, на которую требуется затратить весомый объем ресурсов. При этом валидатор на проверку будет тратить намного меньше времени. PoW является фундаментальным понятием для криптовалют, и в блокчейне этот алгоритм является ключевым фактором, при генерации новых блоков в цепочке. С PoW майнеры соревнуются друг с другом в совершении онлайн-транзакций и получении вознаграждений. В сети пользователи отправляют друг другу цифровые токены. База данных децентрализована и отвечает за все транзакции в блоках.
Proof-of-stake (PoS)
Proof-of-Stake (PoS) — это категория согласованных алгоритмов для открытых цепочек блоков, которые зависят от экономических интересов валидатора в сети. В общедоступных цепочках блоков, основанных на PoW (например, BTC и текущая реализация ETH), алгоритм поощряет участников, которые решают задачи криптографического шифрование для проверки транзакций и создания новых блоков (например, майнинга). В открытых цепочках блоков, основанных на PoS, группа валидаторов по очереди предлагает и голосует за следующий блок, и вес голоса каждого валидатора (то есть валидация) зависит от размера вашего депозита. Существенные преимущества PoS включают безопасность, снижение риска централизации и энергоэффективности. В общем, алгоритм выглядит следующим образом. Блокчейн отслеживает набор валидаторов, и любой, кто имеет базовую криптовалюту блокчейна, может стать валидатором, отправив транзакцию особого типа. Процесс создания и принятия новых блоков осуществляется через согласованный алгоритм, в котором могут участвовать все существующие валидаторы.
Leased proof of stake (LPoS)
В консенсусе LPoS держатели низких сумм в своем кошельке не смогут проверить блок — так же, как и майнеры с низким хэшрейтом не смогут добывать блок в PoW. На практике в обоих случаях обслуживание сети зависит от ограниченного числа пользователей с большим спектром полномочий (большие суммы или высокие показатели вычислительной мощности). Однако, чем больше распределена сеть, тем больше она будет защищена от бесчисленных типов атак. LPoS делает это, позволяя пользователям сдавать свои балансы в аренду. Арендованные средства остаются под полным контролем владельца и могут быть перемещены или потрачены в любое время (когда заканчивается срок аренды). Арендованные монеты увеличивают «вес» узла, увеличивая ваши шансы добавить блок в цепочку блоков. Все полученные вознаграждения распределяются пропорционально арендаторам.
Delegated proof of stake (DPoS)
DPoS работает таким образом, что валидаторы являются основными действующими лицами в любой конкретной сети блокчейна. Владельцы несут ответственность за голосование валидаторов, которым поручено проверить транзакции и формировать блоки.Это дает возможность исключить двойные траты и обеспечить безопасность. По сути, DPoS — это вариация PoS, которая была разработан для снижения затрат и высокого потребления электроэнергии, связанных с механизмами типа PoW. Метод DPoS был впервые реализован на платформе BitShares, разработанной ведущим разработчиком BitShares Даниэлем Ларимером. С тех пор другие блокчейны, такие как Крипти или Лиск, внедрили аналогичные системы ОИ. Разница между классическим механизмом PoS и механизмом DPoS аналогична разнице между PoS и DPoS. Для классического PoS у каждого пользователя есть определенная криптовалюта, которую он будет блокировать в конце размещения, то есть для участия в процессе проверки транзакции и формирования распределенного консенсуса, чтобы получить вознаграждение. В системе DPoS каждый портфель, содержащий единицы криптовалюты, может голосовать за делегатов пропорционально количеству принадлежащих ему единиц. Именно эти делегаты (101 в первой реализации BitShares), которые выполняют проверку транзакций, подписывая каждый новый блок своим закрытым ключом, гарантируют неприкосновенность данных реестра и возмещают стоимость транзакций, введенных в блок.
Proof-of-Capacity (PoC)
Этот конкретный алгоритм «майнинга» требует от пользователей совместного использования доступного места на HDD. В частности, для подтверждения емкости требуется, чтобы пользователи выделяли большое количество места на жестком диске, чтобы начать процесс генерации новых токенов. В определенном случаи это место на жестком диске используется в качестве хранения больших объемов данных. Выделение большего количества доступного места на HDD позволит пользователям иметь больше «участков» данных. Если хэш вместе заголовком последнего блока меньше определенного значения, пользователь генерирует блок. Этот принцип майнинга идентичен PoW, несмотря на отсутствие мощного компьютерного оборудования, задействованного каким-либо образом. Хранение данных является ценным для многих людей, и свободное место на HDD может быть использовано для получения небольшой пассивной выручки с помощью PoC. Прежде чем кто-либо даже подумает о покупке десятков жестких дисков для майнинга на этой системе, будьте уверены, это не будет стоить вашего времени. Те, которые имеют очень низкую ценность за токен, что означает, что вам понадобится очень большая сумма этой валюты, чтобы заработать немного денег. Даже тогда вам все еще нужно найти людей, желающих выкупить эти монеты, что иногда может быть довольно проблематичным. PoС может принести следующие преимущества: значительно сократить растрату ресурсов. После того, как пользователь платит один раз за место на жестком диске, последующий майнинг не требует сверхусилий.
Proof-of-Importance (PoI)
PoI — это консенсусный алгоритм, применяемый на площадке NEM. Proof of Importance — это модифицированный Proof of Stake, поскольку он не только оценивает количество токенов, но также учитывает активность счета и непрерывного пребывания в сети. Основанный в Сингапуре и запущенный в 2015 году, проект NEM направлен, прежде всего, на создание блокчейна, именуемой «Системой интеллектуальных активов», способного обрабатывать большой объем операций. Хотя интеллектуальные активы, выпущенные в рамках блокчейна, не являются новизной для криптоиндустрии. Это дает возможность майнерам работать на любом оборудовании, гарантируя полную безопасную сеть, которая может развиваться без ограничений.
Proof-of-Burn (PoB)
Название Proof of Burn говорит само за себя, это алгоритм который сжигает токены. Чтобы получить новую валюту, нужно «уничтожить» (сжечь) n-ное количество другой криптовалюты, полученной в системе pow. В теории, это приведет к тому, что каждая новая криптовалюта будет иметь стоимость уничтоженного токена. Другими словами, процесс «горения» токенов представляет силу виртуального майнинга, чем больше токенов пользователь инвестирует, тем больше у него мощности майнинга, и, следовательно, более высокие вознаграждения, поскольку, это станет большим шансом стать валидатором следующего блока.
Proof-of-Authority (PoA)
Алгоритм Proof of Authority в основном используется в сетях, где требуется аутентификация пользователя. Это связано с тем, что в PoA личность пользователя должна быть известна. Для сети это означает, что только доверенные ноды могут участвовать в майнинге. Если это доверие нарушено, сеть может заблокировать доступ для данного пользователя. В PoA мы можем столкнуться с полной централизацией, так как этот алгоритм может использоваться в закрытых пулах. Конечно, существует также возможность децентрализации, когда сетевое сообщество выбирает доверенных лиц — как в DPoS (однако в DPoS можно оставаться инкогнито). Блокчейны с Proof of Authority (PoA) входят в число «разрешенных» блокчейнов доступ к механизму консенсуса для участвующих валидаторов разрешен только должно быть — в отличие от «неразрешенных» блокчейнов, таких как PoW или PoS, в в принципе, каждый может принять участие в поиске консенсуса. Алгоритмы работают пошагово. В каждой транзакции выбран узел, который выступает в качестве лидера майнинга.
Proof-of-Elapsed-Time (PoET)
Чипмейкер Intel представила свой собственный альтернативный согласованный протокол под названием Time Elapsed Test. Эта система работает по принципу PoW, но потребляет гораздо меньше электроэнергии. Кроме того, чтобы участники решали криптографическую головоломку, алгоритм использует надежную среду исполнения (TEE) — такую как SGX — для обеспечения того, чтобы блоки создавались случайным образом, но без необходимой работы. Подход Intel основан на времени ожидания, предоставляемом через TEE. По словам Intel, алгоритм масштабируется на тысячи узлов и будет эффективно работать на любом процессоре Intel, поддерживающем SGX. Единственный недостаток этого протокола заключается в том, что он требует, чтобы вы полагались на Intel в качестве централизованного сервера.
Больше новостей о криптовалютах вы найдете в нашем телеграм-канале РБК-Крипто.
Децентрализация в Блокчейне: Биржи, Приложения, DAO
Многие из нас слышали о децентрализации, блокчейне, Биткойне, Эфириуме и о многих других криптовалютах.
Здесь мы рассмотрим, что такое децентрализованные биржи, децентрализованные организации и приложения. Но начнем мы с простого объяснения смысла децентрализации в криптовалюте.
Общий смысл децентрализации в криптовалюте
Децентрализация подразумевает смещение принятия решения из единого центра в периферийные участки. Так, например, децентрализованная криптовалюта эмитируется майнерами, а не единым центром.
Большинство существующих в настоящее время финансовых и правительственных систем являются централизованными, что означает наличие единого высшего органа, отвечающего за управление ими, например, центрального банка или государственного аппарата.
Существует несколько серьезных недостатков этого подхода, вытекающих из того, что любой центральный орган также играет роль единой точки сбоя в системе: любой сбой в верхней части иерархии, будь то непреднамеренный или преднамеренный, неизбежно негативно сказывается на всей системе.
Bitcoin был разработан как децентрализованная альтернатива государственным деньгам и поэтому не имеет единой точки воздействия, что делает его более устойчивым, эффективным и демократичным.
Именно Блокчейн технология, лежащая в основе криптовалют, позволяет осуществить децентрализацию, поскольку она предоставляет каждому пользователю возможность стать одним из многих платежных процессоров в сети.
С момента появления Bitcoin появилось много других криптовалют, или альткоинов, и в большинстве случаев они также используют Блокчейн для достижения некоторой степени децентрализации.
Ключевым моментом в децентрализации является отсутствие центральной точки контроля. Большие интернет-приложения и сервисы распределены, но большинство из них централизованы, потому что компания, использующая их, может изменить или остановить работу системы.
Ethereum является примером как распределенной платформы, так и децентрализованной платформы.
Платформа Ethereum позволяет разработчикам создавать децентрализованные приложения, в отличие от распределенных приложений, которые работают в каком-то проприетарном облачном хранилище данных.
Посмотрите на рисунок выше – здесь изображена каждая точка как компьютер (или группа компьютеров, известных как узлы или Ноды).
Централизованная: система с тесно связанными компонентами (с точки зрения местоположения и полномочий).
Чтобы система была децентрализована, она должна гарантировать, что доверие «распределено» между всеми участниками системы.
Децентрализованное приложение
Также известные как dApps, децентрализованные приложения, которые работают без контроля центрального органа (например, компании-разработчика программного обеспечения или правительства).
Глядя на индустрию программного обеспечения, у нас довольно давно есть представления о децентрализованных приложениях, таких как BitTorrent.
У нас есть децентрализованная сеть для отправки файлов из одной сети в другую. Если мы посмотрим на электронную почту, то в некотором смысле это полу-децентрализованный протокол.
Вы можете получить доступ к электронной почте через Gmail, электронную почту Microsoft или через какую-либо другую почтовую службу, или теоретически вы можете настроить свой собственный сервер.
Как правило, если вы используете пакет с открытым исходным кодом, разработчики даже не имеют ресурсов для фактической настройки и поддержки инфраструктуры для централизованной загрузки и отправки своего программного обеспечения десяткам и миллиардам пользователей.
Децентрализованная биржа (DEX)
Одноранговая биржа, которая позволяет пользователям покупать и продавать криптовалюту и другие активы без контроля или комиссий центрального органа. В отличие от центральных сервисов, таких как Coinbase.
Хотя многие проекты работают над различными протоколами DEX, лишь немногие из них разработали протокол, который отвечает всем 4 основным требованиям действительно децентрализованной биржи:
Децентрализованная организация
Децентрализованная организация работает на основе смарт-контракта. Она использует автоматизированные правила для работы без центрального органа. Финансирование, голосование и многое другое осуществляется через платформы, такие как Ethereum.
Дополнительные идеи для изучения
Выводы
Сейчас многие пытаются притянуть за уши блокчейн туда, где он абсолютно не нужен. У технологии блокчейн есть своя ниша (криптовалюты, системы с множеством участников и с отсутствием взаимного доверия), где он эффективен с точки зрения оптимизации бизнес-процессов.
Однако есть системы, которые гораздо эффективнее работают в централизованном виде.
К тому же существует много людей, пытающихся неверно истолковать децентрализацию. По нашему мнению, большинство людей, которые пытаются это сделать, не склонны придумывать хорошую классификацию.
Многие люди думают, что децентрализация и распределение являются синонимами, и есть люди, которые согласны с определенным способом категоризации.
Мы в основном согласны с классификацией децентрализации Виталика Бутерина.