Масштабирование блокчейнов с помощью Proof-of-Work
Blockchain Trilemma
Изобретение блокчейна ознаменовало новую эру общественной организации, предоставив децентрализованное сотрудничество через объективно проверяемые коллективно курируемые наборы данных. Блокчейны как наборы протоколов предоставляют людям возможность работать вместе напрямую, без вмешательства других сторон, будь то частные или публичные. Тем не менее, однопоточная децентрализованная технология блокчейна продвинулась до такой степени, что она значительно ограничена широко обсуждаемой трилеммой блокчейна. Трилемма блокчейна накладывает ограничения, при которых можно оптимизировать только два из трех атрибутов: масштабируемость, децентрализация и безопасность.
- Масштабируемость: какова пропускная способность? Сколько ТПС?
- Децентрализация: на скольких узлах работает блокчейн?
- Безопасность: насколько система устойчива к атакам?
Трилемма блокчейна предполагает, что блокчейны могут достичь только компромисса между характеристиками масштабируемости, децентрализации и безопасности, но не могут достичь всех трех свойств одновременно. Например, блокчейны могут попытаться преодолеть масштаб, увеличив размер блока, чтобы обеспечить более высокую скорость транзакций (TPS), но это приводит к увеличению пропускной способности, вычислений и требований к хранилищу для узлов. Увеличение требований к узлу приводит к уменьшению количества узлов, составляющих сеть, что снижает децентрализацию сети. Аналогичные аргументы можно привести и в отношении компромиссов, связанных с масштабируемостью и безопасностью, а также с децентрализацией и безопасностью, однако мы не будем тратить время на их рассмотрение здесь, но заинтересованные читатели могут узнать больше здесь .
Мы утверждаем, что трилемма блокчейна является истинным ограничением только в том контексте, когда две функции блокчейна объединены, в частности, консенсус и согласованность. Однако, если мы понимаем, что эти две функции можно разделить, пространство для проектирования больше не ограничивается трилеммой блокчейна, а скорее теоремой CAP, которая является более старой концепцией в распределенных базах данных.
Теорема CAP позволяет нам строго рассматривать проблему блокчейна как проблему распределенной базы данных, если мы не смешиваем консенсус с согласованностью. Чтобы понять новый набор компромиссов после разделения консенсуса и согласованности, мы должны определить характеристики, обсуждаемые теоремой CAP:
- Непротиворечивость: все ли узлы имеют одинаковое состояние данных?
- Допуск к разделению: могут ли сетевые узлы работать с ограниченным знанием общего состояния сети?
- Доступность данных: могут ли узлы сети предоставить доступ для чтения к текущему состоянию?
В этой новой конструкции мы можем предложить создание сегментированных наборов данных, то есть независимых блокчейнов, которые увеличат пропускную способность, но пожертвуют глобальной согласованностью, снизят устойчивость к разделам, а также доступность данных в глобальном контексте. Тем не менее, в каждом независимом блокчейне или сегменте мы можем поддерживать свойства согласованных, устойчивых к разделению, доступных наборов данных до тех пор, пока отдельные сегменты блокчейна не столкнутся с ограничением пропускной способности сети, которое характерно для однопоточных блокчейнов.
В настоящее время мы действительно не сказали ничего нового, и предложенная топология проявляется во многих предложениях по масштабированию, таких как ETH 2.0 . Однако ключевым моментом, который мы упомянули, но еще не обсудили, является то, как нам отделить согласованность от консенсуса, сохраняя при этом безопасную, масштабируемую, децентрализованную систему.
Состояние Sharding без работы Sharding
Нынешние попытки повысить безопасность модульных схем (сайдчейны, свертки и валидаторы PoS) становятся жертвами централизации через инфраструктуру, приемники ликвидности и доверенных валидаторов с неадекватными механизмами оспаривания.
Ethereum утверждает, что разделение системы Proof-of-Work снизит скорость хеширования, необходимую для компрометации части сети. Это одна из причин, по которой они хотят перейти на Proof-of-Stake.
Однако Quai предлагает новое решение, в котором состояние может быть сегментировано в системе Proof-of-Work без разделения работы с помощью процесса, называемого объединенным майнингом .
Объединенный майнинг возник вместе с объединенным майнингом Namecoin для биткойнов в 2014 году. Namecoin заявил, что объединенный майнинг повысил безопасность сети как для Namecoin, так и для биткойнов, поскольку майнерам больше не нужно выбирать между майнингом одного или другого. Это принципиально важное свойство при принятии решения о том, как масштабировать модульную систему блокчейнов, поскольку возможно иметь несколько дочерних блокчейнов, каждый из которых может быть обеспечен одним и тем же объемом хешрейта.
Разрешая объединенный майнинг через PoW в наборе модульных цепочек, майнеры могут защитить множество переплетенных цепочек блоков, которые имеют общий набор правил, денежно-кредитную политику и базовый токен. Цепочка блокчейна создает сеть с устойчивостью к Сивилле (также известной как безопасность), которая, по крайней мере, так же хороша, если не лучше, чем консенсус Накамото.
Иерархические объединенные добытые блокчейны
Quai Network предлагает иерархический объединенный майнинг как решение для масштабирования блокчейнов без ущерба для децентрализации или безопасности. Иерархический объединенный майнинг работает через серию цепочек, которые организованы в многоуровневую структуру. Цепочка наверху, Prime, имеет наибольшую награду за майнинг, но также наибольшую сложность и самые медленные блоки. Следующие уровни, регионы и зоны имеют последовательно более низкую сложность и более быстрые блоки, обеспечивающие большую живость.
Каждая из цепочек блоков в иерархии является принципиально независимыми цепями, которые не зависят ни от одной из других цепочек. У них есть общий токен и монетарная политика, но правила консенсуса применяются на местном уровне. Для майнинга в этом контексте майнер должен майнить хотя бы один фрагмент дерева (основной, 1 регион и 1 дочерняя зона), который он может выбрать произвольно. Возможность майнить только часть всей косы гарантирует, что по мере увеличения пропускной способности сети майнеры все еще могут участвовать, не будучи вынуждены увеличивать требования к узлам сверхлинейно с пропускной способностью транзакций.
Одно важное свойство, возникающее в результате слияния интеллектуального анализа среза иерархии, — это то, что мы называем совпадающим блоком. Когда блоки предлагаются в контексте объединенного майнинга, заголовок должен содержать ссылки на все блокчейны, которые объединяются вместе. В Quai это проявляется как заголовок, который фактически представляет собой массив из 3 заголовков, соответствующих Prime, Region и Zone.
Блок находится в блокчейне, если он соответствует требованиям сложности для блока в этом контексте блокчейна. Это означает, что только одна часть заголовка является действительной в любом отдельном контексте. Однако, если будет найден основной блок, то будут найдены и региональный блок, и блок зоны, потому что сложность дочерних цепочек всегда будет ниже. Когда это происходит, это называется совпадающим блоком. Важным свойством этого блока является то, что он создает детерминированные, объективно проверяемые межцепочечные ссылки, которые можно использовать для передачи состояния из одной цепочки в другую. Это эффективно создает децентрализованные мосты между всеми блокчейнами в сети, что обеспечивает взаимодействие.
Иерархическое правило самой длинной цепочки
Иерархическое правило самой длинной цепи — это механизм консенсуса, в котором каноническая истина сети основана на блокчейне с наибольшей работой, также известном как Prime. Иерархическое правило наибольшей цепочки гарантирует, что при совпадающих простых блоках все переходы состояний в дочерних цепочках совокупная работа становится равной совокупной работе в основных. Это связано с тем, что если кто-то попытается откатить Зону, ему нужно будет откатиться через совпавший Прайм. Чтобы откатить Prime, злоумышленнику нужно будет представить цепочку, в которой столько же работы, сколько и в Prime. Иерархическое правило самой длинной цепи обеспечивает устойчивость к сивиллам, эквивалентную консенсусу Накамото, потому что все цепочки достигают объема совокупной работы, представленного в Prime, в каждом совпадающем блоке, даже если они продвигаются только с более медленной скоростью, пропорциональной хеш-мощности в каждой соответствующей цепочке внутри совпадающего блока.
Quai Network обеспечивает масштабируемую архитектуру PoW, потому что она делает компромиссы в трилемме теоремы CAP, которая позволяет увеличить пропускную способность за счет задержки глобального консенсуса . Существует неотъемлемый компромисс, который делается. Quai Network может значительно увеличить пропускную способность, хотя где-то между 3–4 порядками увеличения TPS она в конечном итоге будет ограничена пропускной способностью сети, задержкой и задержкой распространения состояния между цепочками.
Присоединяйтесь к нам, чтобы улучшить блокчейн.
Quai Network — это блокчейн-сеть Proof of Work с открытым исходным кодом, использующая возможности объединенного майнинга для увеличения пропускной способности и безопасности. Пользователи Quai Network оценят быстрое время транзакций без ущерба для децентрализации и безопасности. Майнеры будут иметь конкурентоспособные возможности майнинга во многих блокчейнах в сети.
Quai Network, способная выполнять тысячи транзакций в секунду, представляет собой решение Proof-of-Work для масштабируемости, которое скоро будет готово к выпуску в основной сети.
Отказ от ответственности
Мнения, идеи и утверждения, представленные в этом обновлении, содержат многочисленные допущения, риски и неопределенности, которые со временем могут измениться. Существует множество факторов риска, в том числе связанные с блокчейном, криптографическими системами и технологиями в целом, а также бизнесом, операциями и результатами операций Quai, которые могут привести к тому, что фактические результаты или разработки, которые ожидаются, не будут реализованы или, даже если они будут реализованы в значительной степени, не получить каких-либо или всех выгод, которые можно было бы от этого ожидать. Мы оставляем за собой право в одностороннем порядке, полностью или частично изменять планы, ожидания и намерения, изложенные в настоящем документе, в любое время и по любой причине, по нашему единоличному и абсолютному усмотрению, и мы не берем на себя обязательств публично обновлять или пересматривать какие-либо прогнозные заявления. , будь то в результате получения новой информации, будущие разработки или что-то другое. СООТВЕТСТВЕННО МЫ РЕКОМЕНДУЕМ ВАМ НЕ ПОЛАГАТЬСЯ И НЕ ПРИНИМАТЬ КАКИХ-ЛИБО ФИНАНСОВЫХ РЕШЕНИЙ ИЛИ ИНВЕСТИЦИЙ НА ОСНОВЕ ЗАЯВЛЕНИЙ, СОДЕРЖАЩИХСЯ В ЭТОМ ОБНОВЛЕНИИ ИЛИ В ЛЮБЫХ НАШИХ ОБНОВЛЕНИЯХ/СТАТЬЯХ, ВКЛЮЧАЯ, ПОМИМО ПРОДАЖИ, ЛЮБУЮ ПРОДАЖУ ИЛИ ТОРГОВЛЮ ТОКЕНАМИ QUAI, ЭФИР, ИЛИ ЛЮБОЙ ДРУГОЙ КРИПТОГРАФИЧЕСКИЙ ИЛИ БЛОКЧЕЙН ТОКЕН, ИЛИ ЦЕННЫЕ БУМАГИ ЛЮБОЙ КОМПАНИИ.
Взгляды, мнения и заявления, сделанные в этом обновлении, принадлежат отдельному автору, а не какому-либо учреждению, университету или юридическому лицу, действующему в пределах юрисдикции Соединенных Штатов или за ее пределами. Между этими взглядами, мнениями и заявлениями нет связи с какой-либо коммерческой или некоммерческой организацией, особенно с университетами, фондами и другими агентствами, расположенными в Соединенных Штатах. Любое восприятие такой ассоциации является чисто случайным и будет немедленно исправлено, если читатель обратит на это наше внимание.