Typhon’s Chimera

Механизм упорядочивания Typhon (часть экосистемы Anoma) будет поддерживать новую технику атомарных коммитов между цепочками: Chimera Chains. Chimera Chains сделает внутрисетевые транзакции более быстрыми, простыми и более эффективными для приложений, которые работают с информацией в нескольких перекрывающихся (но не обязательно идентичных) экземплярах. Цепочки химер построены на гетерогенных паксосах и представляют собой наше решение задачи решить, какой гетерогенный консенсус реализовать a>. более ранней публикации в блоге представлено в

Гетерогенное доверие

Как и экосистема Cosmos, Anoma предназначена для поддержки гетерогенных предположений о доверии. Отдельные цепочки (называемые экземплярами) запускают отдельные конечные автоматы с разными моделями доверия. . Например, модель доверия цепочки может быть основана на доказательстве доли: конечный автомат отслеживает токен ставки, и . доказательства работы или даже доказательства полномочий достаточно большими частями ставки. Другие модели доверия могут определять кворумы с использованием поддержанногокворума требует консенсус

Хотя большая часть программного обеспечения для консенсуса по блокчейну, включая CometBFT, не обращает внимания на это разнородное доверие, наше — нет. Когда валидаторы Anoma участвуют в нескольких цепочках, они явно осведомлены о возможностях перекрестных цепочек. Те же программные процессы можно использовать для добавления или даже запуска новых экземпляров по требованию.  

Межцепочные атомарные транзакции

Межцепочечные атомарные транзакции являются распространенной и сложной проблемой в мире с несколькими цепочками и перекрестными доверительными доменами.  

Пример: задача о поезде и отеле.

Рассмотрим классический пример (который мы также обсуждали в более ранней записи блога) ): пользователь хочет купить билет на поезд тогда и только тогда, когда он может также купить номер в отеле в пункте назначения. Они хотят выполнить эти две транзакции атомарно. Если они купят один, а потом другой станет недоступен, пользователю будет грустно.

Существует множество способов решения этой проблемы, в зависимости от того, как отель и поезд управляют своими системами бронирования. Например, если оба используют один и тот же реестр/базу данных/блокчейн, то одна атомарная транзакция может попытаться зарегистрировать обе и либо добиться успеха, либо потерпеть неудачу.

Общие секвенсоры

В принципе, и поезд, и отель могут даже использовать отдельные реестры и совершенно разные конечные автоматы, при условии, что транзакция, бронирующая поезд и номер в отеле, либо помещается в оба реестра, либо ни в один из них. Точнее, идея состоит в том, чтобы запланировать атомарный пакет транзакций: по одной для каждого реестра. Либо все транзакции планируются вместе, либо ни одна из них не запланирована. Различные настройки позволяют различным реестрам использовать одну и ту же систему для упорядочения своих транзакций, например Общие секвенсоры Espresso.

Последовательность общей достоверности

Чтобы решить нашу проблему с поездом и отелем, нам нужен один дополнительный элемент в дополнение к обоим реестрам, включающий или исключающий их транзакции из атомный пучок. Если окажется, что место в поезде недоступно и транзакция в поезде завершится неудачей, нам необходимо убедиться, что транзакция в отеле также не удалась. Аналогично, если номер в отеле недоступен, транзакция поезда должна завершиться неудачей. Этот «однобитный» Форма взаимодействия между реестрами «успех или неудача» — это то, что Umbra Research называет секвенированием общей достоверности.

Гетерогенный Паксос

В более ранней публикации в блоге мы обсуждали, как перекрытие участников позволяет создать протокол консенсуса, который обобщает запутанные paxos, который мы можем использовать для атомарного фиксации пакетов транзакций в нескольких цепочках. Когда эти цепочки имеют одинаковые предположения о доверии, это очень похоже на Общий секвенсор, но гетерогенный Paxos может работать даже если их предположения о доверии существенно различаются.

Одной из обсуждавшихся проблем было «решение, какой гетерогенный консенсус реализовать». В зависимости от того, как перекрываются участники консенсуса, цепочка A может выполнять атомарные фиксации с цепочкой BC для выполнения атомарных коммитов с цепочкой A, но не для цепочки C для выполнения атомарных коммитов с цепочкой B и для цепочки

Например, система бронирования отелей может иметь возможность атомарной фиксации с системой бронирования поездов или системой бронирования самолетов, но поезд и плоские системы могут быть не способны к атомарной фиксации друг с другом. Наивно, если пакеты поезд+отель и пакет отель+самолет конкурируют за один и тот же номер в отеле, номер в отеле можно забронировать дважды.

Наше решение этой проблемы — явно разделить состояние на части, соответствующие комбинациям цепочек, для которых возможны атомарные фиксации. Транзакции могут отправлять информацию между разделами в любое время в виде транзакции. Например, отель может оставить номер в режиме «бронирования поезда». и переключите его в «режим бронирования самолетов»; с транзакцией, передающей соответствующее состояние между разделами. Это примерно соответствует "цепочке для каждого возможного консенсуса" идея из нашей предыдущей записи в блоге. Мы называем эти разделы химерными цепями.

Базовые цепи

Мы называем каждую цепочку, которая определяет свои собственные валидаторы, базовой цепочкой. Технически базовая цепочка представляет собой реплицируемый конечный автомат, который определяет набор кворумов разрешено обновлять конечный автомат. Как правило, транзакции обновляют состояние каждой цепочки сериализуемым способом.

Когда мы говорим, что состояние хранится в базовой цепочке, мы имеем в виду, что оно находится в разделе состояния, на который не могут повлиять транзакции в межцепочных атомарных коммитах. Состояние базовой цепочки — это нормальное состояние блокчейна, на которое не влияют другие цепочки. Транзакции, зафиксированные в базовой цепочке, обновляют состояние базовой цепочки, как и любой другой блокчейн или реплицируемый конечный автомат. В общем, мы предполагаем, что определения кворума каждой цепочки находятся в базовой цепочке, что согласуется с CometBFT и большинством доказательств доли или конструкции, подтверждающие авторитетность.

Государственные разделы 

Раздел базовой цепочки — это один из многих разделов, которые поддерживает конечный автомат каждого блокчейна. Каждая транзакция может обновляться только в пределах одного раздела. Это похоже на шардинг базы данных, который иногда используется для масштабируемости. Однако в нашем случае цель этих осколков связана с разрешениями и межсетевыми транзакциями.

Обратите внимание, что хотя транзакции могут записывать данные только в один раздел, они могут читать последние данные (в пределах ограниченного количества коммитов) из любого раздела. Вот почему мы предпочитаем думать об этих разделах как о частях одного конечного автомата, а не как об отдельных конечных автоматах. Другими словами, межраздельная связь чрезвычайно проста и может обеспечить надежные гарантии.

Разделы, которые нас здесь интересуют (кроме базового раздела, в котором определены кворумы), являются химерными разделами. В разделах Chimera хранятся данные, которые можно атомарно обновлять с помощью других цепочек. В нашем примере с отелем/поездом/самолетом сеть отелей может иметь раздел для состояния, который может иметь атомарные обновления с цепочкой поездов, и раздел для состояния, который может иметь атомарные обновления с цепочкой самолетов. Важно отметить, что это предотвращает конфликт транзакций отель+поезд с транзакциями отель+самолет: они планируются отдельно. В железнодорожных и гостиничных сетях тоже есть химеры:

Атомные пакеты

Каждая транзакция обновляет раздел, а порядок транзакций в каждом разделе определяется механизмом консенсуса цепочки.

Разделы Chimera используют Heterogeneous Paxos для достижения консенсуса. Это позволяет состоянию их локальных разделов-химер оставаться такими же безопасными и живыми, как и в их базовом разделе, но позволяет использовать атомарные пакеты< a i=5> транзакций с другими цепочками' химеры перегородок. Мы поддерживаем атомарные пакеты в любом количестве цепочек, но для простоты в нашем обсуждении здесь всегда используются две цепочки.

Атомарные пакеты — это наборы транзакций, сгруппированных по их автору, так что либо все они зафиксированы, либо ни одна из них не зафиксирована. Это гарантия атомарности, которую предоставляет Heterogeneous Paxos. Когда базовые цепочки имеют одинаковые предположения о доверии, тогда цепочка-химера по существу представляет собой общий секвенсор. Гетерогенный Паксос позволяет цепочкам-химерам быть более общими: чем больше перекрытие между цепями' участников консенсуса, тем сильнее гарантия атомарности.

Например, атомарный пакет может включать в себя транзакцию бронирования номера в отеле и транзакцию бронирования билета на поезд. Соответствующее состояние должно быть сохранено в соответствующем разделе химеры каждой цепочки.

Атомная межцепочная связь

Когда пакет планируется для нескольких цепочек, все участники всех задействованных цепочек могут видеть (и согласовывать) порядок транзакций во всех задействованных разделах. Это означает, что все они могут поддерживать и обновлять копии всех задействованных разделов.

Таким образом, атомарные пакеты предоставляют новую функцию для внутрисетевых транзакций: атомарную связь между цепочками. Пока транзакции выполняются (после определения порядка), транзакции внутри пакета могут отправлять сообщения другим транзакциям в том же пакете и получать ответы. Эта связь не никоим образом не осуществляется между машинами: каждая реплика поддерживает и обновляет копии всех задействованных разделов, поэтому каждая реплика может выполнять все транзакции, и любые сообщения между ними локально.

Например, транзакция в отеле может проверить, есть ли свободный номер (в разделе отеля, «бронируемом на поезд»), а затем передать свои результаты в транзакцию по поезду, которая аналогичным образом проверяет, есть ли место в поезде. доступный. Каждый решает бронировать или нет только после того, как получит известие от другого.

Атомарное общение сильно отличается от, например, IBC. Весь обмен данными происходит внутри каждой реплики, на которой работают конечные автоматы. Здесь нет ретрансляторов, сообщений по сети или раундов консенсуса. Транзакция может даже отправить сообщение другой транзакции и получить ответ атомарно.

Эта связь более эффективна, чем однобитовая связь «успех или неудача», найденная в Shared Validity Sequencing: она допускает произвольные сообщения. . В принципе, Общие секвенсоры могут интегрировать аналогичную связь внутри пакета. Это может стать плодотворной областью для будущего сотрудничества.

Цепи 

Наконец, мы определили наши цепи химер. Состояние каждой цепи химеры состоит из набора разделов: по одному от каждой базовой цепи. Транзакции цепочки химеры, по сути, представляют собой атомные пакеты (которые обновляют состояние). Химера «государственная машина» включает копию конечного автомата, определенного каждой базовой цепочкой для своего химеры-раздела, и они имеют возможность отправлять и получать сообщения внутри пакета (в виде системного вызова). У нас могут быть цепи-химеры, охватывающие любое количество цепей (при условии, что они удовлетворяют условиям гетерогенного Паксоса), но в нашем обсуждении здесь для простоты всегда используются две цепи.

Транзакции цепочки Chimera сохраняют возможность читать недавнее состояние из других разделов с той же базовой цепочкой. Это позволяет, например, отелю легко передать контроль над бронированием гостиничного номера от одной сети химеры к другой. Раздел, удерживающий контроль над комнатой, должен будет записать состояние отказа от контроля, указав, какой раздел может взять на себя управление. В более поздней транзакции целевой раздел считывает эту спецификацию и принимает на себя управление.

Представление блокчейна

Каждый блокчейн представляет собой журнал, предназначенный только для добавления, в который добавляются пакеты транзакций (блоков) в общем порядке. Каждая базовая цепочка представляет собой отдельный независимый блокчейн. Каждая цепочка-химера также является блокчейном. Блоки содержат атомарные пакеты транзакций. Удобно, что транзакции в каждой цепочке могут ссылаться на результаты предыдущих транзакций, которые разделяют базовую цепочку. Это представление блокчейна «чтения из другого раздела состояния».

Как мы обсуждали в более ранней публикации в блоге, Heterogeneous Paxos гарантирует, что базовые цепочки будут согласовываться по блокам, выбранным для цепочки химеры, при условие целостности (набор допустимых отказов) мы называем условием атомарности. Как и гарантия отсутствия разветвления каждой цепочки, условие атомарности зависит от того, какие наборы участников консенсуса противнику придется испортить, чтобы нанести ущерб. Короче говоря, чем больше совпадений между участниками консенсуса в базовых цепях, тем сильнее гарантия атомарности. Если все базовые цепочки используют одинаковые кворумы (одни и те же участники консенсуса), гарантия атомарности точно так же сильна, как и гарантия отсутствия разветвлений каждой цепочки, и цепочка-химера фактически представляет собой общий секвенсор. .

Это делает цепочки Chimera чем-то похожими на мосты: они допускают межцепочные операции при определенных предположениях, которые отличаются (и обычно слабее) от операций базовой цепочки. Есть два больших отличия от более традиционных конструкций доверенных мостов:

• Условие атомарности естественным образом возникает из-за перекрытия участников консенсуса базовых цепочек, а не из-за какого-то внешнего «поставщика мостов».
• Даже если условие атомарности не выполняется, разделы-химеры сохраняют гарантии своих базовых цепочек: состояние не теряется, не замораживается и не повреждается. Единственное отличие состоит в том, что транзакции-химеры могут иметь неправильное представление о том, какие транзакции другая базовая цепочка зафиксировала, в соответствии со своим представлением о цепочке-химере.

Когда условие атомарности не выполнено

Можно рассматривать гетерогенный Paxos как каждую базовую цепочку, использующую свой собственный протокол консенсуса, чтобы решить, какие блоки включить в цепочку химер, с дополнительной гарантией того, что они согласятся, когда будет выполнено условие атомарности.

Когда условие атомарности не соблюдается, каждая базовая цепь по-прежнему выбирает каноническую цепочку блоков для своего представления о цепочке химеры (при условии, что базовая цепь не разветвляется). Разница в том, что разные базовые цепи могут не совпадать. Например, предположим, что предложены две конфликтующие транзакции отель+самолет: одна, в которой Алиса хочет забронировать последний номер в отеле и последнее место в самолете, и вторая, в которой Боб хочет забронировать последний номер в отеле и последнее место в самолете. Если условие атомарности не выполнено, отель может поверить, что Алиса добилась успеха, и забронировать Алисе номер в отеле, в то время как самолет может поверить, что Боб добился успеха, и забронировать Бобу билет на самолет.

В отличие от сбоев мостов, сбой атомарности не может повредить сами системы бронирования отелей или самолетов. Отель и самолет по-прежнему могут применять свои правила бронирования в своих собственных транзакциях (например, кому и какой тип номера разрешено бронировать или не более 1 человека на место в самолете).

В отличие от многофазной фиксации сбоев, нет количества сбоев в одной цепочке может заморозить ресурсы в другой цепочке или даже принудительно установить тайм-аут, пока предположения об отказе другой цепочки все еще выполняются. Если отель передает контроль над номером в химерную цепочку «отель+самолет», и система бронирования самолетов дает сбой (например, атака 51%), этот гостиничный номер не зависает: отель все равно может обновить его или даже переместить обратно в базовая цепочка, точно так же, как обычно.

С точки зрения разделения состояния и транзакций, если две базовые цепочки химеры (скажем, красная и синяя) не удовлетворяют условию атомарности, каждая из них может в конечном итоге поддерживать неправильное представление о транзакциях другой цепочки. выбрал, и, как следствие, состояние химеры другой цепи. Хотя этот вид химерного раздела другой цепи формально не является частью состояния цепи, он необходим для вычисления любой атомарной связи внутри атомных пакетов.

Условия атомарности Proof-of-Stake

Для цепочек с прямым консенсусом, основанным на доказательстве доли, условие атомарности также простое. В этих цепочках кворумом является любой набор участников консенсуса, владеющих более 2/3 доли. Базовая цепочка может разветвиться, если злоумышленник развращает участников консенсуса, владеющих как минимум 1/3 ее доли.

Для этих цепочек химеры требуют только перекрытия заинтересованных сторон более чем на 2/3. (В частности, перекрытие каждого заинтересованного лица представляет собой минимальную часть доли, которую он держит в каждой цепочке, а общее перекрытие представляет собой сумму перекрытий всех заинтересованных сторон.) перекрытие равно 2/3 + x, тогда условие атомарности таково: противник должен контролировать участников консенсуса с помощью x< /span> перекрываются, чтобы нарушить атомарность. Естественно, когда перекрытие заинтересованных сторон равно 1, условие атомарности такое же, как и требование отсутствия разветвлений.

Данные из экосистемы Cosmos показывают, что многие сети должны иметь возможность поддерживать цепи Chimera:

Ресурсы и разделы

Конечный автомат Anoma представляет состояние как ресурсы: обобщение UTXO с неизменяемыми, но потребляемыми единицами состояния. Каждая транзакция потребляет некоторые ресурсы и производит некоторые новые ресурсы.

Это дает нам очень чистую модель для перемещения контроля состояния между разделами. Ресурс может указывать раздел и указывать, что транзакция может использовать этот ресурс, если эта транзакция также создает аналогичный ресурс в другом «адресате». перегородка. Он может даже указать, какие разделы назначения являются приемлемыми. Наш механизм перемещения состояния между цепочками химер становится понятным: каждый ресурс имеет раздел и может перемещаться между разделами с помощью транзакции.

Будущие направления

До сих пор в цепочках-химерах, которые мы обсуждали, используется гетерогенная установка Paxos, в которой разделы-химеры сохраняют все обычные гарантии/предположения о сбоях базовых цепочек. Например, гостиничный номер в разделе отель+поезд остается доступным для бронирования и подчиняется инвариантам отеля точно в тех же условиях, что и гостиничный номер в базовом разделе.

Однако можно строить химерные цепочки с другими гарантиями. Цепочка может, например, создать несколько химерных разделов, которые используют большие кворумы, чем базовая цепочка, жертвуя немного живости для безопасности. Состояние в этом разделе с большей вероятностью будет заморожено (меньший противник может помешать обновлениям), но с меньшей вероятностью произойдет форк (для фиксации двух конфликтующих транзакций потребуется более крупный противник). Такое разделение также откроет возможность для химерных цепочек (фиксирующих атомные пакеты) с большим количеством базовых цепочек, поскольку более крупные кворумы будут увеличивать перекрытие.

В крайнем случае, мы всегда можем создать химерную цепочку для межцепочных атомарных коммитов между любым набором цепочек, если они готовы создать химерный раздел, использующий достаточно большие кворумы. Например, будут работать кворумы разделов, которые представляют собой точное объединение одного кворума из каждой базовой цепочки. Такая химера-цепочка будет иметь аналогичные гарантии жизнеспособности, но, возможно, лучшую задержку по сравнению с многофазной фиксацией между базовыми цепочками.

Программирование на этих химерных цепях было бы сложной задачей. Нам нужно четко разъяснить программистам, какие именно гарантии они получают и какие гарантии теряют, когда перемещают контроль над состоянием между разделами.

Выводы

Chimera Chains — это новый метод для быстрых и атомарных межцепочных транзакций, когда несколько цепочек имеют достаточное перекрытие валидаторов. Они представляют чрезвычайно общую и гибкую модель программирования, которая требует лишь небольшого дополнения к конечному автомату каждой базовой цепочки, что позволяет осуществлять обмен сообщениями между транзакциями внутри атомарных пакетов.

Цепочки «Химеры» предназначены для того, чтобы «делать простые вещи легкими». Когда в наборе цепочек много перекрытий, межцепочечные транзакции должны быть быстрыми и простыми, и с цепочками Chimera так и будет.

Вопросы? Присоединяйтесь к обсуждению на форуме!