Мнение: Как Casper повлияет на децентрализацию эфириума

Автор статьи — Акбар Тобхани, CEO компании SFOX, брокер-дилера по институциональной криптовалютной торговле. Он начал свою карьеру в качестве инженера-программиста в NASA и занялся майнингом биткоинов во время учёбы в Массачусетском технологическом институте (MIT). Акбар также возглавлял отдел развития бизнеса в компании Airbnb. Представляем вашему вниманию перевод его статьи, опубликованной на сайте Bravenewcoin.

Предстоящее обновление Casper, по всей видимости, должно положительно повлиять на статистику, связанную с потреблением электроэнергии и воздействием на окружающую среду второй по значимости криптовалюты — эфириума. При этом остаётся важный вопрос: как Casper повлияет на децентрализацию?

Одна из самых больших проблем в майнинге криптовалют связана с тем, что часто наблюдается высокий уровень централизации пулов, в результате чего небольшое количество майнеров может контролировать более 50% хеш-мощности (хешрейта) сети. Например, первая четвёрка майнинг-пулов биткоина вносит более 50% хеш-мощности в его сеть, а в эфириуме такая же картина наблюдается у ведущей тройки пулов.

Планируемое обновление Casper для эфириума призвано изменить ситуацию, введя в сеть алгоритм Proof-of-Stake (PoS — доказательство доли владения) вместо ныне действующего Proof-of-Work (PoW — доказательство работы) в качестве консенсусного механизма. Многие отмечают «энергетические» преимущества PoS по сравнению с майнингом, но упускают из виду важную особенность обновления Casper, которое обещает сделать сеть эфириума более децентрализованной.

Casper и Proof-of-Stake

В традиционной централизованной финансовой системе обычно задействована организация (банк или компания), чья работа заключается в проверке того, что одна сторона отправила что-то ценное, а другая получила это в результате транзакции. В децентрализованной системе такую роль играют майнеры, которые проверяют новые транзакции.

Casper — это плановое обновление эфириума, которое должно перевести сеть с текущего алгоритма PoW на алгоритм PoS.

• PoW основывается на том, что майнеры запускают в сети узлы для решения сложных математических задач при помощи компьютеров, таким образом проверяя новые блоки транзакций. В обмен на предоставление вычислительной мощности для сети они получают финансовое вознаграждение.

• PoS полагается на узлы проверки достоверности (валидаторы) в сети, которые представляют и проверяют блоки в определённом порядке. Значимость узла валидатора и размер вознаграждения зависят от доли монет, представленных в виде ставки для процесса верификации.

Таким образом, при использовании алгоритма Proof-of-Stake узел сети может проверять новые транзакции при условии, что в нём представлена достаточная доля эфира, позволяющая учитывать его голос при определении тех узлов, которые имеют право производить проверку транзакций в цепочке.

Однако проблема с PoS возникает тогда, когда есть ряд конкурирующих цепей. В PoW это решается путём выбора цепочки, которая может доказать или уже доказала свою работоспособность. В реализации PoS узлы делают ставку на множество конкурирующих цепей для того, чтобы увеличить своё вознаграждение, хотя в целом это затрудняет достижение консенсуса. Это обычно называют проблемой «ничего на кону».

Обновление Casper решает эту проблему с помощью механизма «консенсуса по ставкам». Узлы сети делают основную ставку в виде определённого количества эфира, чтобы получить возможность проверки новых транзакций. Затем они делают ставки для определения того, какие из новых блоков будут проверены. Узел получит вознаграждение, если сделал правильную ставку, и будет оштрафован за неверную. Это стимулирует майнеров делать ставки таким образом, чтобы они приводили к консенсусу.

При этом Casper в некотором смысле копирует экономику PoW. Однако при PoW за майнинг в конкурирующих цепях майнеры штрафуются только косвенно, тратя энергию и свои ограниченные ресурсы. В Proof-of-Stake узлы штрафуются прямо: за поддержку неверной цепочки они лишаются своей ставки (доли), что предотвращает запуск новой атаки с их стороны до тех пор, пока они не задействуют для ставки новые средства.

Поскольку алгоритм Proof-of-Stake не основан на конкуренции майнеров, привлекающих вычислительную мощность для майнинга блоков, он намного более энергоэффективен, чем традиционный Proof-of-Work. На уровне протокола PoW также способен создать большую децентрализацию для эфириума.

Насколько децентрализованы PoW-криптовалюты?

Биткоин и эфириум были изначально спроектированы как децентрализованные PoW-криптовалюты, и именно это делает их ценными. Они не контролируются какой-либо организацией и устойчивы к цензуре.

Однако, несмотря на это, майнинг PoW-криптовалют обычно централизован.

Топ-3 майнинговых пулов эфириума контролируют более 51% хеш-мощности сети (источник: Etherchain)

На диаграмме видно, что первая тройка майнинговых пулов эфириума контролирует более половины хеш-мощности этой сети. Гипотетически в случае сговора они могут начать атаку 51%.

Но провернуть её не так просто. Индивидуальные майнеры вносят свою хеш-мощность в крупные пулы, которые затем делят вознаграждение за блоки и транзакционные комиссии в зависимости от того, сколько хеш-мощности было внесено каждым майнером. Не всегда ясно, сколько хеш-мощности контролируют сами пулы и сколько мощности приходится на долю отдельных майнеров.

Возможно, майнеры откажутся от работе в пуле, чтобы защитить сеть в целом — но не факт, что они вовремя заметят сговор. Когда вы передаёте свою хеш-мощность в майнинговый пул, он начинает использовать её по своему усмотрению. Безопасность протокола зависит от добропорядочности майнеров, и это скользкий вопрос.

Майнинговые пулы эфириума пока относительно децентрализованы, потому что его алгоритм хеширования не вознаграждает специализированное оборудование так же, как сеть биткоина. Но это не продлится вечно: оператор крупнейшего биткоин-пула Bitmain недавно объявил о том, что разработал специализированные ASIC-майнеры для эфириума.

Недавно разработанный E3 Ethereum ASIC Miner от Bitmain

Из-за высоких капитальных издержек при Proof-of-Work майнеры, покупающие специализированные ASIC-устройства и работающие в странах с дешёвой электроэнергией, могут получать львиную долю вознаграждений. Кроме биткион-майнинга китайская компания Bitmain также производит и выгодно продаёт асики.

Таким образом, майнинг «вознаграждает» централизацию, потому что компании, которые могут покупать больше устройств и запускать более крупные дата-центры, работают более экономично, чем небольшие предприятия. В настоящее время алгоритм хеширования эфириума противостоит ASIC-майнингу, но в долгосрочной перспективе это, скорее всего, изменится. По мере роста ценности сети у крупных майнеров появляется больше стимулов для разработки и внедрения ASIC.

Кроме того, атака 51% не обязательно может исходить от майнеров. Представьте себе, что такие страны, как Китай, Россия или США, объявили криптовалюты угрозой безопасности и захватили всё оборудование для майнинга на своей территории. Они смогут воспользоваться ресурсами и полномочиями для проведения полномасштабной атаки на сеть. Это будет недешёвая атака: она обойдётся в $700 млн. при потреблении электрической мощности 7,5 ТВт?ч и при стоимости киловатта в $0,1. Хотя атака 51% на PoW-блокчейн эфириума — это нелёгкая задача, её осуществление вполне реально.

Насколько децентрализована система с Proof-of-Stake?

Proof-of-Work полагается на доказательство работы в виде решения майнерами математических задач для обеспечения безопасности сети. Это означает, что децентрализация зависит от майнеров и уменьшается по мере того, как ASIC-устройства становятся более узкоспециализированными и эффективными. Таким образом, при Proof-of-Work судьба децентрализации находится в руках майнеров.

Proof-of-Stake полагается на узлы-валидаторы, которые делают ставки в виде своих монет, чтобы участвовать в выдвижении и добавлении новых блоков в блокчейн. Вознаграждения определяются в пропорционально ставкам (долям) в ETH. Единственный способ получить больше вознаграждения — увеличить свою ставку и внести дополнительные средства.

Сторонники обновления Casper считают, что децентрализация в Proof-of-Stake — это политика, которая прописана в коде. Идея состоит в том, что код можно скорректировать для создания экономических стимулов, которые препятствуют созданию картелей (то есть сговору) и предусматривают соответствующие меры наказания (однако вопрос в том, как это сработает на практике).

В Proof-of-Stake, предлагаемом Casper, новые блоки утверждаются тогда, когда за них голосуют две трети узлов-валидаторов. Таким образом, для запуска атаки 51% в Proof-of-Stake вам потребуется доля в 67% всего эфира, участвующего в ставках.

Если представить, что для ставок используются все 100% эфира, то топ-1720 аккаунтов могли бы сговориться и начать атаку 67%. Такая децентрализация — это довольно высокий показатель по сравнению с PoW, где первая тройка майнинг-пулов контролирует более 51% хеш-мощности. Конечно, маловероятно, что все 100% эфира могут быть представлены в виде ставок.

Вот как это выглядит для различного количества эфира, задействованного для ставок:

• при 100% всего эфира топ-1720 аккаунтов смогли бы начать атаку 67%;
• при 50% всего эфира — топ-77 аккаунтов;
• при 30% всего эфира — топ-27 аккаунтов.

Таким образом, статистика при 50 и 30% указывает на то, что Proof-of-Stake — это не идеальное решение для децентрализации.

Кроме того, при PoS биржи также могут оказывать негативное влияние на ситуацию. Например, первая тройка бирж контролирует более 15% всего эфира. Конечно, биржи не могут использовать весь свой эфир для ставок, поскольку должны позволять клиентам выводить средства. Однако у них явно есть возможность делать крупные ставки.

Количество эфира, содержащегося в индивидуальных кошельках, также не даёт нам точной картины децентрализации: отдельные лица и компании часто контролируют по несколько аккаунтов. Если для ставок задействованы 30% всего эфира, атака со сговором 27 аккаунтов не кажется невозможной, однако уровень централизации всё-таки ниже, чем в случае, когда три крупнейших майнинговых пула контролируют более 51% хеш-мощности в условиях PoW.

И хотя 27 кошельков могли бы начать атаку 67%, это было им очень дорого обошлось. Как вы помните, PoS штрафует валидаторов, отбирая у их ставки, если они ведут себя некорректно. Если злоумышленники попытаются дестабилизировать сеть и потерпят неудачу, их поведение обязательно будет обнаружено. В итоге они потеряют свою ставку, и для возобновления атаки им нужно будет пополнять запасы ETH.

При PoW любой, кто обладает достаточным количеством ASIC-майнеров или майнинг-ферм и управляет большой хеш-мощностью, может после неудачной попытки использовать свои ресурсы для продолжения атаки на сеть вновь и вновь. Это недёшево, так как придётся докупать ASIC-майнеры, оплачивать электроэнергию, создавать майнинг-фермы и нанимать работников.

Однако при Proof-of-Stake это намного сложнее. Недаром исследователь эфириума Влад Замфир сказал:

Если вы пытаетесь участвовать в атаке 51% [при PoS], — считайте, что ваша ASIC-ферма сгорела.

Асимметричная защита

А теперь процитируем Виталика Бутерина:

Криптография заняла в XXI веке особую позицию, потому что это одна из немногих сфер, где состязательный конфликт продолжает активно работать в интересах защиты.

Биткоин и эфириум обещали нам, что создадут новые сети, которые будут свободны от вмешательства централизованных третьих сторон, таких как банки или правительства. Поэтому они опираются на криптоинновации вроде SHA-256 и опенсорсных открытых ключей, которыми может воспользоваться любой желающий и которые защищены от вмешательства правительств.

В последние годы в блокчейнах биткоина и эфириума мы наблюдаем растущий уровень централизации майнинга, потому что обладатели дорогих ASIC-майнеров могут получать большее вознаграждение за счёт расширения масштабов своей деятельности и уменьшения расходов на добычу монет.

При этом алгоритм Proof-of-Stake обещает значительно повысить децентрализацию сети посредством асимметричной защиты, делая атаки и попытки дестабилизации слишком дорогими. Хотя алгоритм Proof-of-Stake, предусмотренный Casper, всё ещё в стадии разработки и ему нужно пройти стресс-тестирование в мейннете, похоже, что он придаст верное направление всей сети эфириума.