Масштабирование консенсуса? Этот победитель премии Тьюринга думает, что нашел способ

Если публичный блокчейн хочет добиться успеха — независимо от того, будет ли он использоваться для валют, смарт-контрактов или чего-то еще — ему необходим алгоритм консенсуса, который можно масштабировать.

Пока идет гонка за создание системы, которая может сделать именно это, недавняя разработка выдающегося ученого может ознаменовать прогресс в этом давнем поиске. Эта разработка называетсяAlgorand, а его создатель — профессор Массачусетского технологического институтаСильвио Микали.

Криптограф и теоретик компьютеров, Микали известен своими работами в области псевдослучайных чисел и доказательств с нулевым разглашением (основа для zk-SNARKS, которые питают анонимный блокчейн-проект Zcash). Он также является одним из лауреатов премии Тьюринга (также известной как «Нобелевская премия» по вычислительной технике).

Но хотя Микали обладает впечатляющими полномочиями, его Технологии также имеет большие перспективы. Algorand — это разновидность proof-of-stake, которая использует криптографию для случайного выбора игроков, участвующих в добавлении следующего блока (или набора транзакций) в блокчейн.

Микали полагает, что если Algorand окажется успешным, его система сможет легко справиться с миллионами узлов, что станет решением ONE из самых больших проблем в блокчейне на сегодняшний день.

Самостоятельно выбираемая лотерея

В Bitcoin майнеры соревнуются в решении криптографической головоломки. Победитель предлагает следующий блок и получает награду за блок.

Но биткойндоказательство работыприводит к расходу непомерного количества энергии. Некоторые говорят, что это также привело к централизации обработки биткойнов, что означает, что только несколько крупных субъектов могут претендовать на новые биткойны.

В попытке демократизировать это распределение Algorand использует то, что Микали называет «криптографической жеребьёвкой», для выбора игроков, которые будут создавать и проверять блоки.

В то время как большинство систем proof-of-stake полагаются на некоторый тип случайности, Algorand отличается тем, что вы сами выбираете, запуская лотерею на своем компьютере. Лотерея основана на информации в предыдущем блоке, в то время как выбор является автоматическим (без обмена сообщениями) и полностью случайным.

Микали позаимствовал эту идею из древних Афин, где политические должностные лица выбирались случайным образом в ходе процесса, известного как «жеребьевка". (По сути, это был способ положить имена всех в большую шляпу и вытащить несколько имен.)

Теория заключается в том, что при использовании криптографической сортировки Algorand может масштабироваться по требованию. Другие преимущества включают безопасность и скорость. «Система должна быть быстрой», — сказал Микали. «Мне T нужны никакие доказательства работы, и мне T нужна избыточная коммуникация».

Справедливая и демократическая система

Поскольку вычислительные требования algorand тривиальны, любой может запустить систему на своем ноутбуке в фоновом режиме. И хотя у Bitcoin есть классы пользователей («потребители», которые совершают транзакции, и «майнеры», которые ищут блоки), Algorand не делает такого различия.

Идея заключается в том, что все пользователи будут иметь одинаковый доступ к сети.

Подобно другим системам proof-of-stake, ваш шанс быть выбранным для получения награды основан на количестве монет (алго), которыми вы владеете или которые вы иным образом отложили. Чем больше у вас алго, тем выше ваши шансы быть выбранным.

Как только вы узнаете, что вас выбрали в качестве инициатора, вы создаете блок, а затем распространяете его в сети вместе с хэш-доказательством (случайным числом, легко проверяемым цифровой подписью), по сути говоря: «Вот мой блок, а вот доказательство того, что я выиграл в лотерею».

Автор предложения с наименьшим хеш-доказательством (опять же случайным образом) ONE следующий блок-кандидат.

Следующим шагом в процессе Algorand является проверка блока-кандидата и — в случае, если автор предложения блока предложил два или более блоков — обеспечение отсутствия разветвлений в цепочке.

И для этого Микали прибегает к проверенному десятилетиями протоколу.

Прощай, вилки!

ONE из побочных продуктов консенсуса Накамото является возможность возникновения сетевых ветвей — процесса, который происходит каждый раз, когда два майнера решают сетевую головоломку почти одновременно.

В результате пользователи обычно ждут 30 минут (три квартала по дороге), чтобы быть уверенными в том, что транзакция прошла.

«А теперь вам придется иметь дело с форком, и это создает некоторую тревогу, как психологическую, так и иную, потому что блок не является окончательным, а людям нужна окончательность», — сказал Микали.

Способ, которым Algorand справляется с этой неоднозначностью, заключается в достижении консенсуса по ONE блоку с незначительной вероятностью форков. Система делает это, используя модифицированную версию византийского алгоритма консенсуса.

Задуманное в 1980-х годах византийское соглашение предлагает способ достижения консенсуса в распределенной системе, где ни одному из узлов нельзя доверять. В такой конструкции система может допустить до трети игроков, работающих против системы.

Византийское соглашение имеет два свойства: если все игроки начинают с одного и того же значения, они соглашаются на это значение. И если игроки начинают с разных значений, все честные игроки (те, кто соблюдает протокол) согласятся на ONE значение. В блокчейне эти значения являются блоками-кандидатами, а игроки — верификаторами.

Однако проблема традиционного византийского соглашения заключается в том, что оно требует множества раундов интенсивного общения между всеми игроками, что затрудняет масштабирование системы.

«Я не могу запустить византийское соглашение с 1 миллионом пользователей или 10 миллионами пользователей, или, если система успешна, со 100 миллионами пользователей. Это слишком много», — сказал Микали.

Чтобы исправить это, он разработал модифицированную версию, в которой ожидаемых шагов было всего девять.

Возможность замены игрока

В Algorand небольшая группа игроков управляет византийским консенсусом от имени всей системы. Это позволяет протоколу работать на более высоких скоростях, и поскольку на каждом шаге заменяется больше игроков, идея заключается в том, что это делает систему безопасной в состязательной среде.

Проще говоря, византийское соглашение Микали работает следующим образом: держатели монет сами выбирают себя в качестве верификаторов в первом раунде. Эти верификаторы отправляют свои сообщения вместе со своими учетными данными в сеть.

Теперь, когда они раскрыли себя, изобретательный противник может легко их испортить. Но это T , потому что как только сообщение вылетело из бутылки, вернуть его обратно уже невозможно.

«Противник не может сделать этого, как правительство не может засунуть обратно в бутылку сообщение WikiLeaks. Они могут арестовать его, посадить в тюрьму, но это сообщение теперь распространяется по сети», — сказал Микали.

И поэтому, даже если противнику удастся подкупить верификаторов, уже слишком поздно. Новый набор игроков уже самостоятельно выбрал себя для следующего раунда общения, и процесс продолжается еще восемь раундов, пока не будет достигнуто общее соглашение.

После того, как соглашение достигнуто и блок заверен подписями достаточного количества игроков на последнем этапе византийского соглашения, этот блок затем распространяется по сети, чтобы все пользователи системы могли добавить его в блокчейн.

Поскольку единственная реальная задержка в системе основана на распространении этого блока по сети, Микали установил размер своего блока в 1 МБ. Когда сети становятся быстрее, можно увеличить размер блока без каких-либо рисков для безопасности, утверждает он.

Новый мировой порядок?

Тем не менее, Микали T думает, что Algorand заменит Bitcoin. Он считает, что разные системы могут существовать одновременно.

Даже бартер все еще существует сегодня, так что нет причин думать, что Bitcoin T будет существовать в будущем, утверждает он. Но он твердо убежден, что его энергетические траты не нужны.

«Почему-то люди проводят аналогию, что когда вы копаете золото, вы также тратите энергию. Тот факт, что золото добывалось таким образом с большим количеством отходов, T означает, что мы должны уничтожать планету, как это делали наши предки», - сказал он.

Он также подчеркивает, что Algorand призван служить протоколом консенсуса для всех типов блокчейн-систем, а не только для криптовалют.

Однако, как и следует из его названия, Algorand существует как теоретический протокол.

Микали сообщил, что сейчас он прорабатывает технические вопросы в надежде, что когда - нибудь их можно будет проверить на практике.

Изображение предоставлено Эми Кастор для CoinDesk