Как алгоритмы консенсуса решают проблемы с доказательством работы биткоина

Раньше майнинг Bitcoin был общественным делом, но теперь процесс подтверждения транзакций Bitcoin требует огромного количества вычислительной мощности, характерной для алгоритма майнинга SHA-256.

В результате объем электроэнергии, необходимый для обработки и проверки транзакций, достиг колоссальных масштабов.

В первые дни, когда первым пользователям нравятся поздниеХэл Финниначали экспериментировать с Bitcoin, пользователи могли просто открыть ранний клиент Bitcoin и позволить своему процессору работать, создавая биткойны за доли цента. Напротив, майнинг сейчас требует десятков тысяч долларов на оборудование, электричество и дополнительные расходы на хостинг.

В результате те, у кого есть значительные финансовые ресурсы, стали доминировать в сфере майнинга Bitcoin . Майнинг сегодня воплощается в появлении корпоративных майнинговых операций, размещенных в дата-центрах.

Джексон Палмер, создавший альткоин Dogecoin, работающий на основе алгоритма scrypt и доказательства выполнения работы, не слишком позитивно оценивает перспективы майнинга в целом, особенно в отношении энергопотребления.

Он сказал CoinDesk:

«Я совершенно открыто выступаю против майнинга [доказательства работы] как будущего цифровых валют, исходя из количества энергии, которое он тратит впустую, и ущерба, который он наносит окружающей среде, — не давая ничего взамен, кроме того, что делает богатых фиатных денег еще богаче».

ONE из возможных решений, которое уже реализовано в экосистеме цифровой валюты, отходит от доказательства работы, но по-прежнему воплощает принципы нецентрализованных систем.

Большая гонка Технологии

Основная проблема, с которой сталкивается майнинг сегодня (но которой, возможно, не уделяется должного внимания), заключается в том, что специализированные интегральные схемы (ASIC) для майнинга SHA-256 или scrypt способны выполнять только ONE процесс.

ASIC могут добывать цифровую валюту и подтверждать транзакции, но как только они устаревают из-за майнингового оборудования следующего поколения, оборудование быстро теряет свою ценность.

Хотя большинство компонентов горнодобывающего оборудования подлежат вторичной переработке, в этой отрасли период от создания продукта до его утилизации короткий.

Чтобы майнить конкурентоспособно, ведется постоянная гонка за созданием и приобретением более мощного оборудования.

Нет ничего плохого в небольшой конкуренции, но гонка за создание лучших майнеров привела к ростуогромные эксплуатационные расходы. В результате многие майнеры привязаны к долгосрочным схемам окупаемости инвестиций (ROI), которые подвержены любым существенным изменениям обменной стоимости биткоина.

Снижение вцена Bitcoin может снизить стимул для многих майнеров к участию. Хотя это T приведет к немедленным сбоям, долгосрочное здоровье децентрализованной сети может оказаться под угрозой, поскольку только хорошо финансируемые майнинговые компании смогут продолжать работать.

Учитывая эти угрозы, существует ли альтернатива системам доказательства выполнения работы, которые выявляют криптографические проблемы и при этом потребляют чрезмерное количество денег и природных ресурсов?

Хотя было высказано несколько предложений использовать доказательство работы в добросовестных целях, напримердля решения PRIME чисел или укрепление личного здоровья, это также может быть не идеальным решением.

Решение в разработке?

Возможным решением проблем, связанных с доказательством работы, может статьнаучная работаопубликовано Мигелем Кастро и Барбарой Лисков из Массачусетского технологического института в 1999 году, в котором представлена концепция практической византийской отказоустойчивости (PBFT).

PBFT — это система, изначально разработанная для систем хранения данных с малой задержкой, которая может применяться на платформах на основе цифровых активов, T требующих большой пропускной способности, но требующих большого количества транзакций.

Дэниел Файхтингер, соучредитель стартапа под названиемГиперледжериспользующий PBFT, объясняет, как работает его распределенная система:

«Каждый узел публикует открытый ключ. Любое сообщение, проходящее через узел, подписывается узлом для проверки его формата. Как только будет получено достаточное количество идентичных ответов, вы можете согласиться, что это действительная транзакция».

Это соглашение представляет собой то, что известно как «консенсус». Так же, как Bitcoin использует децентрализованную систему для подтверждения транзакций без необходимости в доверенной третьей стороне, PBFT полагается на огромное количество узлов для подтверждения доверия. В результате, в этом процессе не требуется вычислительная мощность.

«Когда вы взаимодействуете с несколькими сторонами, вам нужен своего рода механизм консенсуса, чтобы гарантировать, что у всех есть правильные записи», — сказал Дэн О'Прей, второй соучредитель Hyperledger.

Консенсус уже действует

Механизмы транзакций на основе консенсуса уже некоторое время присутствуют на рынке. Ripple Labs использует этот подход как часть своего базового протокола, основанного на концепции PBFT.

Ripple Labs недавно выпустилабелая книгана его алгоритме консенсуса, который указываетПроблема византийских генералов при общении по ненадежной LINK, и PBFT призван решить эту проблему.

В Белой книге говорится:

«Доказуемо, что ни одно решение проблемы византийских генералов (которая уже предполагает синхронность и известных участников) не может допустить более (n−1)/3 византийских ошибок, или 33% вредоносных действий сети».

Как ответвление Ripple,Цифровая валюта Stellar , обеспеченная Stripe, основанная Джедом Маккалебом, также охватывает эти же идеалы. Идея, как показано на графиках выше, заключается в том, что для каждого узла, добавленного в список универсальных узлов сети, система становится сильнее.

Однако у такого рода структуры есть ключевая слабость — источник стимула — и это справедливый вопрос. В отличие от майнинга, какой стимул существует для отдельных лиц или организаций для размещения узлов?

И Ripple, и Stellar, а также Hyperledger полагают, что найдется достаточно заинтересованных сторон для поддержки систем транзакций на основе PBFT.

Подход Hyperledger

Проект Hyperledger позволяет разработчикам создавать собственные цифровые активы с помощью распределенного реестра, работающего на узлах, построенных по принципу PBFT.

Система может использоваться для цифрового обеспечения реального актива (например, дома), создания новых монет или формирования отказоустойчивой системы консенсуса. Соучредитель Hyperledger Файхтингер сказал, что с использованием последнего приложения платформа его компании может даже использоваться для передовых ИТ-систем.

Он объяснил:

«Если бы вы были Amazon, управляющим распределенной файловой системой для AWS [Amazon Web Services] в вашем центре обработки данных, [вы] хотели бы быть уверены, что ошибка не повредит AWS [и] вам T нужен стимул. Вы запускаете нужные вам узлы, [используя] систему консенсуса».

Идея использования PBFT в Hyperledger выходит за рамки систем на основе активов. Она берет идею алгоритма консенсуса и использует ее для распространения всех видов технических решений — а не только решения для хранения файлов с низкой задержкой и высокой скоростью, для которого она изначально была создана.

Это может быть хорошим методом проверки мощности узлов, которые не используют стимул для развития своей мощности. Что произойдет без таких вознаграждений? Такие системы, как Hyperledger, стремятся это выяснить.

«Если вы используете Byzantine Fault Tolerance, в идеале проблемы [коррупции] сдерживаются. Другие узлы могут понять, что [а] узел ведет себя неправильно, и не реагировать на его сообщения», — сказал Файхтингер.

Консенсус как услуга

Может быть ценность в предоставлении консенсуса как услуги, подобно тому, как поставщики облачных услуг продают программное обеспечение как услугу или инфраструктуру как услугу. В случае Ripple и Stellar консенсус становится средством обмена ценностями.

Файхтингер объяснил:

«Точно так же, как Google управляет своими собственными DNS-серверами — в их интересах иметь здоровый DNS. Это значит, что они могут быстрее показывать свою рекламу. Я думаю, DNS — хороший пример для этого низкоуровневого протокола. Повышение работоспособности системы».

Учитывая тот факт, что системы транзакций на основе консенсуса все еще находятся в экспериментальной фазе (как и вся цифровая валюта), ожидайте появления на рынке дополнительных решений, подобных этим. Окажут ли они себя жизнеспособной заменой системам доказательства работы, будет зависеть от ONE : будут ли они использоваться или нет.

Палмер, чье создание Dogecoin опирается на вспомогательное доказательство работы (или «слитный майнинг») для защиты своей сети, добавил, что нужны новые и конкретные решения, такие как Hyperledger и Stellar. Он считает, что они, наряду с Ripple, могут помочь в развитии экосистемы цифровых активов в целом.

Он заключил:

«Впереди [захватывающие] времена. Здорово видеть настоящие инновации в сфере цифровой валюты, а не простоПитьевой напиток «Кул-Эйд».”

Изображение ключа шифрования через Shutterstock