💬 Обзор компромиссов для различных реализаций сайдчейна

Обзор компромиссов для различных реализаций сайдчейна

Это редакционная статья Шиноби, преподавателя-самоучки в области биткойнов и ведущего подкастов о биткойнах, ориентированных на технологии.

Эта статья является последней в серии статей, посвященных основным схемам сайдчейнов, которые существуют для Биткойн. Перед этим настоятельно рекомендуется прочитать предыдущие части: (1) Spacechains, (2) Варианты использования Spacechain, (3) Softchains, (4) Drivechains, (5) Federated Chains.

Кратко о том, что такое сайдчейны? Блокчейны, которые позволяют вам перемещать ваши биткойны из цепочки биткойнов в эту другую сайдчейн. В этом и заключается проблема и сложность разработки сайдчейна — на самом деле вы не можете этого сделать. Вы не можете переместить биткойн из цепочки биткойнов в другую цепочку блоков; это невозможно, потому что единственное место, где на самом деле существует ваш биткойн, — это биткойн-блокчейн. Они не могут реально существовать где-либо еще. Все, что действительно возможно сделать, — это каким-то образом заблокировать ваш биткойн в цепочке биткойнов, а затем создать другие токены в другой цепочке для представления этих биткойнов. Наивысшее стремление сайдчейна состоит в том, чтобы сделать это таким образом, чтобы можно было проверить, что эти токены существуют только 1: 1 с реальным биткойном (легко), и где единственный способ разблокировать биткойн в основной цепочке в любой ситуации — это проверяемая блокировка. токены, которые вы законно контролируете в другой цепочке (это очень сложно сделать ненадежным способом, который не делает сам биткойн более дорогим для проверки).

Почти все трудности, связанные с разработкой сайдчейна, сводятся к тому, как устроен этот механизм блокировки и разблокировки: как работает блокировка, какие условия необходимы для их разблокировки и как эти условия проверяются и применяются. Односторонние механизмы, когда вы можете только заблокировать монеты и никогда не разблокировать их, тривиально просты. Просто сожгите немного биткойнов с помощью OP_RETURN и потребуйте подтверждения, чтобы чеканить токены в новой цепочке, и все готово. Двусторонние механизмы, поддерживающие как блокировку, так и разблокировку, намного сложнее. До сих пор не разработан двусторонний механизм, за исключением тех, которые увеличивают стоимость проверки основного блокчейна Биткойн (софтчейны) или тех, которые вводят новые доверительные предположения о безопасности монет, заблокированных «в сайдчейне» (драйвчейны и федеративные цепочки). .

Святой Грааль сайдчейнов — это механизм блокировки и разблокировки монет, который не требует никакого доверия для его реализации и не увеличивает затраты на валидацию основного блокчейна Биткойн (т. дороже, плюс-минус, для проверки, чем одна биткойн-транзакция). В настоящее время ничего не помогает, так что пора рассмотреть недостатки.

Централизация майнинга

Все различные проекты, через которые я прошел, за исключением Liquid, так или иначе зависят от биткойн-майнеров для обеспечения безопасности боковой цепи. RSK, несмотря на то, что это федеративная привязка, по-прежнему использует биткойн-майнеры. Теоретически софтчейны могли бы использовать что-то еще, но если бы они не обеспечивали такой же уровень безопасности на основе доказательства работы (PoW), как майнеры биткойнов, то они открывали бы блокчейн биткойнов для атак типа «отказ в обслуживании» (DoS). Таким образом, на самом деле, если бы софтчейн был развернут, он использовал бы биткойн-майнеры. PoW Spacechains явно основан на том, что майнеры биткойнов подтверждают транзакцию с обязательством для сайдчейна. Драйвчейны специально разработаны для слитного майнинга биткойн-майнерами. Невозможно избежать вовлечения майнеров в сайдчейны, если все, что когда-либо развертывалось, кроме чистого федеративного сайдчейна.

Прежде чем идти на этот риск, необходимо провести одно четкое различие: разницу между самими майнерами (операторами оборудования) и координаторами майнинга (пулами; узлами, создающими блоки). Пулы необходимы для регулярного сбора вознаграждения, если у вас нет очень значительного количества физического оборудования для майнинга и вы являетесь законной точкой централизации. Централизация/децентрализация майнинга — непростая тема (подробнее здесь), и есть важные нюансы в том, как различные аспекты централизованного майнинга взаимодействуют с другими аспектами майнинга. Без майнинговых пулов доход майнера является совершенно неустойчивым, непредсказуемым потоком доходов. Это, в сочетании с очень реальным риском потенциального регулирования пулов майнинга в будущем (они являются кастодиальной организацией; они хранят средства пользователей до вывода), делает пулы майнинга очень опасной точкой централизации для пространства.

Майнеры должны проверять блокчейн для майнинга, независимо от того, передается ли эта функция на аутсорсинг. Без проверки цепочки они не имеют понятия, содержит ли блок, который они добывают, только действительные транзакции; достаточно одного недействительного блока, чтобы аннулировать найденный блок и потерять все деньги, которые они могли бы заработать. Это требование проверки, однако, не является причиной использования майнинговых пулов: это предсказуемость вознаграждений. Майнер с 1% хешрейта очень редко найдет блок и соберет все вознаграждение, в то время как майнер с 1% хешрейта, использующий пул, будет регулярно собирать примерно 1% вознаграждения за блок, которое коллективно зарабатывает пул. Стоимость проверки мизерная. Предсказуемость вознаграждения — это преимущество, поэтому разработчики пытаются найти способ получить те же преимущества, не требуя централизованного пула. Это позволит майнерам не зависеть от централизованного объекта, который контролирует, какие транзакции входят в блок.

А теперь представьте, если бы затраты на проверку были выше. Количество создаваемых космических цепей не ограничено. И хотя они не привязаны к биткойнам по цене, как другие проекты, любой из них, имеющий значительную ценность, будет стоить того, чтобы майнинговые пулы (и майнеры) работали, чтобы получить больше денег. Майнеры, которые сделали бы это, были бы более конкурентоспособными, чем те, кто этого не сделал, и если добыча полезных ископаемых в долгосрочной перспективе станет отраслью с очень тонкой прибылью, это фактически станет требованием для майнинга в этих других цепочках. Если вы этого не сделаете, вы не прибыльны. Майнеры, которые их запускают, могут увеличить расходы для майнеров, которые этого не делают, и при этом получать прибыль, вытесняя остальных из бизнеса.

Помните также, что нет никаких ограничений на стоимость проверки сайдчейна. Проверка некоторых криптографических функций может быть очень дорогостоящей, произвольной сложности, такой как Ethereum, или даже полной гигаблоковой глупости, такой как BSV. Софтчейны имеют точно такой же риск, в дополнение к увеличению стоимости проверки обычных пользователей, использующих полные узлы. Единственная «спасительная мера», если вы хотите это назвать, — это требование активировать одну боковую цепь за раз с помощью уникального софтфорка. Это, по крайней мере, означает, что каждое отдельное предложение и стоимость его проверки будут тщательно проверяться перед активацией.

Приводные цепи? Они утверждают, что решили эту проблему, но на самом деле это не так. Идея приводной цепи заключается в том, что создатель блока в конечном итоге платит майнерам большую часть комиссии за добычу своего блока, оставляя себе лишь небольшую часть. Эта небольшая часть в мире маржинальной прибыли — это большая прибыль, которую можно получить, что опять-таки сводится к возможности вытеснить других майнеров из бизнеса, если вы сделаете это сами. Даже если предположить, что создатели блоков драйвчейна не оставляют комиссий себе, отдавая 100% майнерам, зачем им это делать, если не было какого-то другого аспекта этой сайдчейна, который они могли бы монетизировать? Скорее всего, это форма извлекаемой стоимости майнера (MEV), на которой майнеры могли бы зарабатывать деньги, обладая тем же эффектом централизации. В долгосрочной перспективе любой тип децентрализованного пула майнинга должен будет включать майнеров, управляющих всеми этими узлами боковой цепи в дополнение к узлу основной цепи, что может оказаться очень нереалистичной перспективой для мелких майнеров. Это создало бы искусственный порог, ограничивающий децентрализованную добычу полезных ископаемых.

Только федеративные сайдчейны избегают централизованного воздействия на добычу биткойнов, потому что они никоим образом не взаимодействуют с майнерами, за исключением выплаты комиссий майнерам за транзакции, выводящие монеты из сайдчейна.

Риски привязок и консенсуса

Процесс добычи сайдчейнов представляет риски для централизации майнинга, а процесс блокировки и разблокировки монет из привязки сайдчейна может представлять угрозу для консенсуса. Федеративные привязки и односторонние привязки не представляют серьезного риска для консенсуса. В случае с федеративной привязкой, поскольку она принципиально ничем не отличается от кастодиальной биржи — вы можете вносить депозиты и снимать с них — она не имеет никакого фундаментального взаимодействия с процессом консенсуса, который делают биржи, и поэтому не представляет нового риска. Односторонние привязки — это просто способ сжечь ваши биткойны и сделать их безвозвратными. Это не является риском или вмешательством в консенсус. Однако софтчейны и драйвчейны по-разному представляют риски для консенсуса в отношении биткойнов.

Софтчейны представляют очевидный риск для консенсуса в основной сети Биткойн. Во-первых, это увеличивает стоимость проверки на каждую мягкую цепь, добавленную только для узлов основной цепи, и в зависимости от размера блоков или сложности правил для проверки это может быть незначительным увеличением или довольно значительным увеличением. Во-вторых, любой раскол консенсуса из-за недетерминированной ошибки может повлиять на основную цепочку. Такая ошибка была причиной разделения цепи, которое произошло в 2013 году. Из-за того, как работает база данных, которую Биткойн использует для обработки чтения и записи данных, некоторые узлы «исчерпали» время, когда они могли читать и записывать данные, и аннулировать недействительный блок. . Поскольку эти операции были ограничены в зависимости от ресурсов отдельных компьютеров, не было постоянной ситуации, которая могла бы вызвать это, поскольку ресурсы каждого отдельного узла различны.

Такой инцидент в софтчейне представляет риск консенсуса для основной цепи из-за того, как они переплетены. Наконец, то, как определяются требования к сложности для майнинга софтчейна, может иметь огромное значение для стоимости проверки узлов, работающих только в основной цепочке. Любое обнаружение разделения цепочки софтчейна вызывает загрузку и проверку каждого блока вплоть до корня этого разделения цепочки, что, в зависимости от затрат на проверку конкретной софтчейна, может привести к значительному увеличению проверки для узлов основной цепи. Если сложность майнинга слишком мала или даже может быть допущена к тому, чтобы быть слишком низкой в ​​процентном отношении к общей скорости хэширования Биткойна, атака на Биткойн может стать очень дешевой, создавая разбиение цепочки на софтчейн только для увеличения затрат на узлы основной цепи.

Приводные цепи представляют собой более тонкий риск для достижения консенсуса. Как обсуждалось выше, они на самом деле имеют динамику, как и другие конструкции сайдчейнов, которые создают давление, еще больше централизуя майнинг. Это очень плохо сочетается с тем фактом, что привязка — это, по сути, только майнеры, полностью контролирующие монеты в цепях привода; большинство из них могут эффективно делать все, что хотят, с монетами, запертыми в приводных цепях. Безопасность всех монет в приводных цепях зависит от достаточной децентрализации майнеров, чтобы сделать атаки 51% нецелесообразными, но в то же время создает давление, которое, вероятно, в долгосрочной перспективе усилит централизацию майнинга.

Если такая динамика проявляется с приводными цепями, и майнеры крадут монеты из привязки, у пользователей этой боковой цепи буквально нет другого выбора, кроме активируемого пользователем мягкого форка (UASF), чтобы сделать эту привязку недействительной. Это будет совсем другая динамика, чем у последнего UASF; в 2017 году пользователи, по сути, играли в курицу, где у них были монеты по обе стороны от вилки. Оба варианта были доступны для людей, поддерживающих UASF. В случае, если UASF предотвратит кражу приводной цепи, пользователям не будут доступны оба варианта. Только на стороне форка UASF у них будут монеты; в унаследованной цепочке у них ничего не будет. У них буквально нет стимула возвращаться к устаревшей цепочке, если UASF выйдет из строя и приведет к разделению цепочки.

Некоторые даже утверждают, что майнеры должны атаковать определенные "плохие" сайдчейны (хотя неясно, что считается "плохим" в сайдчейне). Если бы приводные цепи получили широкое распространение, вся эта динамика могла бы фрагментировать блокчейн Биткойн и ослабить его сетевой эффект. У людей, ставших жертвами кражи приводной цепи, есть все основания поддерживать вилку в рабочем состоянии, поскольку позволить ей умереть означает, что они потеряли все.

Заворачивать

Было бы упущением не упомянуть в этой статье федеративные сайдчейны; они не представляют прямой угрозы консенсусу Биткойн, как другие проекты, но по своей природе являются надежной системой. Пользователи таких систем должны тщательно обдумать, стоит ли полезность, предлагаемая такими системами, компромисс в модели безопасности и достаточно ли надежна федерация, управляющая системой, чтобы хранить их средства.

В конце концов, ни один предлагаемый в настоящее время дизайн сайдчейнов не соответствует первоначальному обещанию сайдчейнов, изложенному в исходной статье 2014 года. Все они либо не обеспечивают уровень безопасности, необходимый для механизма привязки для перемещения между цепочками, либо представляют риски для самой основной сети Биткойн. Возможно, в один прекрасный день такие вещи, как доказательства с нулевым разглашением, смогут предоставить способ разработки привязки, которая не требует повышенных затрат на проверку узлов основной цепи, таких как софтчейны, или не требует новых предположений о доверии, таких как драйвчейны или федеративные цепочки, с точки зрения безопасности средств пользователей. . Но на данный момент такой конкретной конструкции не существует. Если вы считаете, что по-настоящему ненадежные сайдчейны — это важное улучшение для Биткойна, надеюсь, однажды технология для их реализации будет разработана, но в настоящее время ничто из существующего не приблизилось к этому.

Это гостевой пост Шиноби. Высказанные мнения являются полностью их собственными и не обязательно отражают точку зрения BTC Inc или Bitcoin Magazine.