Какой механизм консенсуса предпочтителен для криптовалют?

stake_meat
Является ли основанный на доказательстве работы (PoW) механизм консенсуса биткойна оптимальным? Иссле
дователи Bitfury в недавно опубликованной работе сравнивают PoW с наиболее часто предлагаемой ему альтернативой — доказательством доли (PoS). 

В основе любой криптовалюты лежит  блокчейн — распределенная база данных, где хранится вся история транзакций. Каждый узел сети имеет свою копию блокчейна, и эта копия постоянно синхронизуется между узлами, чтобы достигнуть консенсуса относительно того, какие транзакции состоялись. Однако, все эти узлы анонимны, не имеют репутации, и поэтому не заслуживают доверия или даже вообще могут быть зловредными — работать против сети. Например, атакующий может потратить определенную сумму денег, а затем обратить транзакцию путем распространения своей собственной версии блокчейна, которая не включает эту транзакцию (атака двойной траты).

Любая реализация криптовалюты должна быть способна защитить блокчейн от подобной, или других возможных атак. В Биткойне безопасность сети полагается на алгоритм доказательства работы (PoW) в форме майнинга блоков. Каждый узел, желающий принимать участие в майнинге, должен решить вычислительно сложную задачу, чтобы гарантировать действительность нового блока; награда за это решение выплачивается в виде новых биткойнов.

Именно эти вычисления, требуемые для добавления нового блока, защищают сеть от атаки. Ведь атакующий должен решать те же задачи, что и вся оставшаяся часть сети, то есть атака будет успешной, только если атакующий сможет привлечь значительные вычислительные ресурсы.

Таким образом, безопасность сети Биткойн поддерживается физически ограниченными ресурсами, такими как специализированное оборудование для проведения вычислений и электричество, необходимое для работы этого оборудования. Это, конечно, прекрасно, но имеет и свою оборотную сторону. А именно, делает Биткойн неэффективным с точки зрения потребления ресурсов. Ведь для увеличения своей доли вознаграждения, майнеры вынуждены участвовать в своеобразной «гонке вооружений» — использовать всё больше оборудования и электричества для майнинга.

build-blocks_rus-1

С одной стороны, это делает стоимость атаки на Биткойн непомерно высокой. С другой, по мнению многих, это может в перспективе создать экологические проблемы. Такая ситуация привела к появлению множества предложений «улучшить» механизм консенсуса Биткойна — предложить ему альтернативы, которые требуют намного меньше ресурсов.

Одним из старейших (и к тому же наиболее проработанных и популярных) предложений подобного рода является механизм консенсуса, основанный на подтверждения доли (Proof of Stake, PoS). Идея подтверждения доли довольно проста: вероятность создать новый блок и получить соответствующее вознаграждение пропорциональна доле владения пользователя в системе (а не объему вычислительной мощности, как в PoW). То есть, держатель валюты, имеющий, скажем, 20% от общего числа монет в обороте, может создать новый блок с вероятностью 20%. Чтобы подчеркнуть отличие от PoW майнинга, в PoS системах процесс создания новых блоков обычно называют минтингом («чеканка» блоков).

Логическое обоснование состоятельности алгоритма подтверждения доли заключается в следующем: пользователи с наибольшими долями в системе более всех заинтересованы в поддержании безопасности сети. Поскольку они больше всего пострадают в случае, если репутация и стоимость криптовалюты упадет в результате атак. Чтобы провести успешную атаку, злоумышленник должен приобрести большую часть валюты, а это будет непомерно дорого, если система будет достаточно популярной.

Казалось бы, идеальное решение, какие тут могут быть проблемы? Однако, как оказалось, не все так просто. Дело в том, что при отказе от вычислительной мощности в качестве объективного «критерия истины» в достижении консенсуса, возникают многочисленные негативные побочные эффекты. Некоторые из них очевидны — так, в случае чистого PoS, невозможно достигнуть свободного первоначального распределения монет — все монеты «создаются» или могут быть получены лишь от существующих участников системы. Некоторые эффекты более тонкие и неочевидные, но создают не менее значимые практические проблемы.

Изучению этих проблем и сравнению преимуществ и недостатков PoW и PoS систем посвящена недавно опубликованная работа исследователей Bitfury, которую мы хотели бы вам представить. В работе изучается, является ли механизм консенсуса в виде подтверждения доли более чувствительным по отношению к различного вида атакам, чем консенсус, основанный на PoW. Исследователи изучили различные реализации PoS криптовалют и описали характерные для них проблемы.

К сожалению, вывод работы не слишком утешителен для сторонников альтернативных механизмов консенсуса — исследование показало, что все существующие реализации подтверждения доли являются уязвимыми для серьезных атак, которые крайне маловероятны для Биткойна и других PoW систем. Модифицированная атака Сибиллы, двойной минтинг (поведение, которое в случае форка сети стимулирует пользователей работать сразу над обеими вариантами блокчейна), «дальняя атака», «атака взятками», «атака предвычислением», «атака накопления» — вот только некоторые из тех способов, которыми может быть выведен из строя консенсус PoS систем.

Хотя некоторые описанные в работе системы и пытаются бороться с подобными атаками, в ряде случаев, «решение» оказывается чуть ли не хуже проблемы (как, например, в случае блокчейн-чекпойнтов, вводящих в систему неизбежный элемент централизации). Есть некоторые перспективные направления для улучшения PoS систем (например, системы делегатов или системы с залогом), но они пока еще недостаточно проработаны на практике.

Так что, несмотря на «экологическую недружелюбность», доказательство работ PoW продолжает оставаться золотым стандартом в обеспечении безопасности блокчейнов, и достойной альтернативы ему пока что нет.

Полную версию исследовательской работы можно изучить здесь:

Перевод работы сделан при содействии проекта #takemybitcoin.



Categories: Альткойны, Безопасность, Майнинг, Теория

Tags: , , ,

Leave a Reply

44 Комментарий на "Какой механизм консенсуса предпочтителен для криптовалют?"

Notify of
avatar
Clintonret
Гость

Найти работу в России свежие вакансии, найти работу в россии с проживанием легко на сайте Joobix.ru

trackback
Где же Каспер? Попытка Эфириума изобрести собственный блокчейн заново — EthereumClassic

[…] конце 2015 года Bitfury Group опубликовала «Белую книгу» – документ, в котором были разъяснены различия между […]

trackback
Да здравствуют доказательство работы (PoW) и майнинг — EthereumClassic

[…] историй блока (применяя ‘доказательство доли’ — распространенную альтернативу ‘доказательству работы’; оба из них используют […]

trackback
Что инвесторам следует знать, прежде чем связываться с Ethereum — EthereumClassic

[…] большинство блокчейн-экспертов считает PoS принципиально непригодным для обеспечения безопасности блокчейн-систем. Однако, […]

trackback
Да здравствуют доказательство работы (PoW) и майнинг – Bit•Новости

[…] историй блока (применяя ‘доказательство доли’ – распространенную альтернативу ‘доказательству работы’; оба из них используют […]

trackback
Что инвесторам следует знать, прежде чем связываться с Ethereum | Заработок онлайн доступный каждому

[…] большинство блокчейн-экспертов считает PoS принципиально непригодным для обеспечения безопасности блокчейн-систем. Однако, […]

trackback
Что инвесторам следует знать, прежде чем связываться с Ethereum – Bit•Новости

[…] большинство блокчейн-экспертов считает PoS принципиально непригодным для обеспечения безопасности блокчейн-систем. Однако, […]

trackback
Безумие выбора: как может развиваться спор о хард форке – Bit•Новости

[…] Core в новом хард форке может стать смена алгоритма  “доказательства работы” (Proof of Work). Одно небольшое изменение в одной строчке […]

trackback
Есть ли альтернатива “доказательству работы”? Изучаем Casper | Bit•Новости

[…] среде в аналог поисков Святого Грааля. Мы уже не раз публиковали материалы на эту тему. Проект Эфириум в последнюю пару лет […]

trackback
Только доказательство работы обеспечивает консенсус | Bit•Новости

[…] Какой механизм консенсуса предпочтителен для криптов… […]

trackback
Биткойн не “переводит” электроэнергию – она обеспечивает безопасность | Bit•Новости

[…] блага — блокчейна. Пока у подтверждения работы нет гарантированно безопасной альтернативы, способной обеспечить […]

Otto
Гость
По поводу майнинга- почему то не рассматрели POC механизм. Суть идеи- придельно проста- в качестве устройств майнинга выступают запоминающие устройства. Чем больше свободного пространства- тем выше шансы найти блок. Это решает сразу несколько проблем. Во первых не будет централлизации, т.к под эту монету не осуществимо создать асики или любые иные целевые устройства. Майнинг доступен всем и каждому- просто закупай жесткие диски и майни на полную катушку. Во вторых потребление у жестких дисков значительно меньше, чем у асиков, а вот цена устройств не такая и маленькая- уперется на жестких дисках в неокупаемость оборудования будет значительно труднее, чем в случае с асиками.… Read more »
Norman Key
Гость
Пока идут споры кто предпочтительней для криптовалют POW или POS , тем временем POI обходит их всех . Proof Of Importance является самым лучшим алгоритмом для криптовалют . Какие плюсы ? Мало энергии требуется на поддержку сети . Низкие требования к оборудованию . Идеально подойдёт ноут с оперативкой 2 Gb работающий от розетки 5 ватт или от солнечной панели . Для поддержки сети требуется всего лишь 0.0001 % от общего количества монет в сети . Вместо майнинга и форджинга на POI идёт харвестинг . С таким минимумом для того чтобы нечать собирать урожай количество харвестеров кто поддерживает сеть может быть… Read more »
Norman Key
Гость
Кстати на алгоритме POI есть ещё и репутация узлов . Новый написанный самим Макото механизм называется Eigentrust++ reputation system . Новый алгоритм POI в будущем будет являться предметом пристального изучения учёных и профессоров . А главному разработчику этого нового алгоритма , реальному человеку по имени Макото Тейкмиа , будет присвоена нобелевская премия за его вклад , который он внёс в крипто технологии . Макото Тейкмия , создатель алгоритма POI ( не в одиночку конечно же ) это новый реальный Дориан Сатоши Накамото . Он даже сам пишет у себя — I am not Dorian Nakamoto. Посмотрите сами его профиль на… Read more »
Анонимно
Гость

интерено, спасибо. Надо подробней изучить что к чему.
Правда про электичество это все сказки, что мол на биткоин мол много тратится энергии. Фермы в конце концов можно устновить в любой точке планеты, напиме на севере, в пустыне, зоне сильных ветров, быстрых потоков воды.
Централизация тоже не проблема, в конце будет много фем в разных уголках Земли…

А вот другие особенности Poi интересны.
Когда была запущена монета с этим аглоритмом? были ли рестарты? баги?

Norman Key
Гость
Узнал инфу отсюда — https://forum.bits.media/index.php?/topic/9672-a-skolko-deistvitelno-stoit-odna-tranzaktciia-bitc/#entry199895 . В сети BitCoin максимально 3500 транзакций вмещается в 1 блоке . 1 блок раз в 10 минут . Расчёты показали что 1 транзакция в среднем в 7 секунд . Исходя из этих данных мы можем высчитать преимущества нового блокчейна на алгоритме POI по сравнению со старым алгоритмом POW . Для этого берём значения недавних испытаний : validated 1 blocks (279 transactions) in 170 ms (609 μs/tx) ≈ 1640 tps и с ними делаем расчёты . Раз в 170 милисекунд в сети POI может быть 279 транзакций . 1000 милисекунд = 1 секунде . 1000… Read more »
Sergey
Гость

Norman Key, как можно с вами связаться? Напишите открытое письмо на ekbblockchain@gmail.com

Norman Key
Гость

Тем временем , в новом блокчейне на алгоритме POI , в тестовой испытательной сети Mijin были достигнутые новые пиковые нагрузки !

validated 1 blocks (230 transactions) in 409 ms (1778 μs/tx) ≈ 560 tps
validated 1 blocks (279 transactions) in 170 ms (609 μs/tx) ≈ 1640 tps

Кто что скажет по этому поводу ? Как я понял в одном блоке теперь максимально вмещается 279 транзакций . Много это или мало по сравнению со старыми не совершенными блокчейнами из прошлых поколений ?

Norman Key
Гость
С V1 откроются новые возможности . Это снимки block chain . Как ты уже понимаешь , если в сети так часто генерируются новые блоки то размер block chain со временем будет раздуваться до немыслимых размеров , особенно когда банки , эпс , и все прочие финансовые и не финансовые учреждения начнут использовать в качестве платформы для себя block chain nem . Чтобы на будущее block chain не достиг больших размеров , каждые сутки будет делаться снимок всех транзакций за 24 часа . Таким образом размер block chain будет сокращаться постоянно благодаря снимкам всех прошлых транзакций и это позволит по снимкам… Read more »
Norman Key
Гость
Крипто платформа третьего поколения ( NEM crypto 3.0 ) была запущена 1 Апреля 2015 года . Beta релиз был запущен на эту дату . Разрабатывается она с начала 2014 года . Прошла полный путь с начала . 100 % новый код и 100 % новый алгоритм POI . Багов , рестартов , и прочих поломок за всё время не было . Были мелкие недочёты в начале в тестовой Alpha сети , но их фиксили , тестили , и вышли на стабильную Beta версию сети . Сейчас сеть работает как часы . 1 блок в 1 минуту если по техническим характеристикам… Read more »
Анонимно
Гость

спасибо за инфомацию, надо почитать, изучить. Количество монет оганичего? 9 млрд?
В чем преимущество перед эфирумом, кроме алгоритма POI?

Често сказать, с точки зрения инвестора вкладываться пока боязно, хотелось бы увидеть, убедится что монета стабильная, протестирована скажем годом активного использования.

А так довольно интересно, буду сделить.

Norman Key
Гость
Количество монет ограничено числом 8 999 999 999.000000 XEM . Вот это называется 1 Макото = 0.000001 . Таким образом в сети NEM 8 999 999 999 000 000 Makoto . Для сравнения в сети BitCoin будет 2 100 000 000 000 000 Satoshi . Таким образом монет не 9 миллиардов а также почти как и Сатоши только больше в 4.28571429 раз . Поэтому когда говорят что монет так много , это утверждение не верное так как два последних нуля в сети NEM убраны . В сети BitCoin 8 нулей после целого числа а здесь 6 нулей после целого числа… Read more »
Петров Александр
Гость
Попытался разобраться в оригинале статьи отсюда http://bits.media/images/news/290915/PoS%20vs%20PoW%201.0-ru.pdf Возникли некоторые соображения: 1. Атака взятки подразумевает какую-то прибыль майнеров, т.е. стейкхолдеров PoS монет. Какой резон им соглашаться на мизерную прибыль в монетах, если успешность атаки может означать крах покупательной способности всех их накоплений, вплоть до потери возможности продажи на бирже?! 2. Идеальная защищенность от централизации, подразумевает устойчивый алгоритм к реализации в ASIC. Иначе рано или поздно в дело вступают гигантские фермы, на многие МВт потребления, с рисками политического характера. Скажем, что будет происходит с курсом биткойна, если власти Китая решат установить полный государственный контроль над всеми майнерскими компаниями в пределах страны? 3.… Read more »
Анонимно
Гость

Сильные выводы. +1
Однако остались сообществом не замечены.
Видимо мало людей осилили исходный файл от заинтересованной стороны BitFury Group.
Спасибо!
Формула 30/30/10/10/10/10 (btc/eth/ltc/ppc/dash/xem) должна дать результат.

Анонимно
Гость

Почему-то ничего не упоминается о DPOS (Улучшенный POS)
http://wiki.bitshares.org/index.php/ДелегированноеДоказательствоДоли_(DPOS)

Анонимно
Гость

Вот так дела, я хоть и за биткоин , но честно сказать считал что пос варианты возможны, там гибридные например. А вот как все оказывается.

Ух, пиарщики пос-монет, чуть было меня с пути не сбили!

А эфирум это какого вида будет?

Влад
Гость

Могут быть и другие виды поддержания достоверности блокчейна.

Влад
Гость

Например: Отменяем майнеров. Блоки и вознаграждение получают ноды, которые становятся в очередь. В конец очереди попадают ноды: новые, получившие вознаграждение, создавшие ошибки. Голосование простым большинством или с учетом рейтинга зависящего от ошибок и т.п.

Наверняка можно придумать и другие варианты. Интересно сколько их всего. Не удивлюсь если бесконечно много.

romanosrich
Гость

Спасибо за перевод.

zi0
Гость
никто не задумывается, что PoS, грубо говоря, ничем не отличается от текущего «капитала». Т.е. переход на PoS-подтверждение, примерно равен предложению позволить банкирам и прочим Ротшильдам вносить изменения в историю блоков? Что, собственно, в текущей финансовой модели и делается (точнее, даже, ещё круче чем сейчас, когда банк аннулирует платёж, например, по кредитке) для понимания этого не нужно длинных рассуждений, формул и особо сложных мысленных экспериментов. второй момент (в общем-то следствие), это то, что PoS, фактически, является более централизующим вариантом, чем PoW. Потому как пул состоящий из тысяч майнеров может в любой момент разбежаться и пересобраться (хотя бы теоретически); а вот «право… Read more »
Петров Александр
Гость

Хотелось-бы увидеть более конкретные цифры, по поводу майнеров. Централизующий фактор будет нависать и над PoW, когда фактических майнеров создающих 90% блоков будет несколько десятков. Т.е. потенциально это крупные мегафермы, пускай даже с акционерным участием. В свою очередь, криптовалюта PoS в которой 90% монет владеет несколько десятков человек, на что-то серьёзное претендовать не может (в т.ч. и защищенность).

Анонимно
Гость

Самые интересные статьи и исследования на этом сайте — от Bitfury. Молодцы ребята!

Цыклоп
Гость

Пофиг на проблемы, на вид этот стейк выглядит оченно аппетитно! 8-D

wpDiscuz