Ein Überblick über die Kompromisse für verschiedene Sidechain-Implementierungen

Dies ist ein Meinungsleitartikel von Shinobi, einem autodidaktischen Pädagogen im Bitcoin-Bereich und technisch orientierten Bitcoin-Podcast-Moderator.

Dieser Artikel ist der letzte in einer Reihe, die sich mit den wichtigsten Sidechain-Designs befasst, die es für Bitcoin gibt. Es wird dringend empfohlen, vorher die vorhergehenden Stücke zu lesen: (1) Raumketten(2) Spacechain-Anwendungsfälle(3) Softketten(4) Antriebsketten(5) Föderierte Ketten.

Was sind Sidechains auf den Punkt gebracht? Blockchains, mit denen Sie Ihre Bitcoin von der Bitcoin-Blockchain in diese andere Sidechain verschieben können. Darin liegt das Problem und die Schwierigkeit beim Entwerfen einer Sidechain – das kann man eigentlich nicht. Sie können Bitcoin nicht von der Bitcoin-Blockchain in eine andere Blockchain verschieben; Das ist nicht möglich, da der einzige Ort, an dem Ihr Bitcoin tatsächlich existiert, in der Bitcoin-Blockchain ist. Sie können eigentlich nirgendwo anders existieren. Alles, was wirklich möglich ist, ist, Ihre Bitcoin auf irgendeine Weise in der Bitcoin-Blockchain zu sperren und dann andere Token in einer anderen Kette zu erstellen, um diese Bitcoins darzustellen. Der höchste Anspruch einer Sidechain ist es, dies so zu tun, dass nachweisbar ist, dass diese Token nur 1:1 mit echtem Bitcoin existieren (einfach), und wo die einzige Möglichkeit, Bitcoin auf der Mainchain in jeder Situation freizuschalten, darin besteht, nachweislich zu sperren Token, die Sie rechtmäßig auf der anderen Kette kontrollieren (sehr schwer auf eine vertrauenslose Weise zu tun, die die Überprüfung von Bitcoin selbst nicht teurer macht).

Fast alle Schwierigkeiten beim Entwerfen einer Sidechain hängen davon ab, wie dieser Sperr- und Entsperrmechanismus konstruiert ist: wie das Sperren funktioniert, welche Bedingungen zum Entsperren erforderlich sind und wie diese Bedingungen überprüft und durchgesetzt werden. Einwegmechanismen, bei denen Sie Münzen nur sperren und nie entsperren können, sind trivial einfach. Brennen Sie einfach etwas Bitcoin mit OP_RETURN und verlangen Sie, dass dies überprüft wird, um Token auf der neuen Kette zu prägen, und Sie sind fertig. Zwei-Wege-Mechanismen, die sowohl das Verriegeln als auch das Entriegeln unterstützen, sind viel komplizierter. Bisher gibt es keinen entworfenen Zwei-Wege-Mechanismus, außer denen, die die Validierungskosten der Haupt-Bitcoin-Blockchain (Softchains) erhöhen, oder solchen, die neue Vertrauensannahmen zur Sicherheit von Coins einführen, die „in der Sidechain“ gesperrt sind (Drivechains und Federated Chains). .

Der heilige Gral der Sidechains ist ein Mechanismus zum Sperren und Entsperren von Coins, der kein Vertrauen erfordert, um ihn durchzusetzen, und der die Validierungskosten der Haupt-Bitcoin-Blockchain nicht erhöht (d. h. eine einzelne Sidechain-Interaktion mit der Mainchain ist nicht teurer, geben oder nehmen, zu verifizieren als eine einzelne Bitcoin-Transaktion). Derzeit wird dies durch nichts erreicht, also ist es an der Zeit, die Nachteile durchzugehen.

Mining Zentralisierung

Alle verschiedenen Designs, die ich durchlaufen habe, mit Ausnahme von Liquid, hängen auf die eine oder andere Weise von Bitcoin-Minern ab, um Sicherheit für die Sidechain zu bieten. RSK, obwohl es sich um einen föderierten Peg handelt, verwendet immer noch Bitcoin-Miner. Softchains könnten theoretisch etwas anderes verwenden, aber wenn es nicht so viel Proof-of-Work (PoW)-Sicherheit bieten würde wie Bitcoin-Miner, dann würde es die Bitcoin-Blockchain für Denial-of-Service (DoS)-Angriffe öffnen. Wenn also eine Softchain eingesetzt würde, würde sie Bitcoin-Miner verwenden. Spacechains PoW basiert explizit darauf, dass Bitcoin-Miner eine Commitment-Transaktion für die Sidechain bestätigen. Drivechains wurden speziell für das Merge-Mining von Bitcoin-Minern entwickelt. Es gibt kein Entkommen, Miner in Sidechains einzubeziehen, wenn mehr als eine reine föderierte Sidechain alles ist, was jemals eingesetzt wird.

Bevor wir auf dieses Risiko eingehen, muss eine klare Unterscheidung getroffen werden: der Unterschied zwischen Minern selbst (Hardware-Betreiber) und Mining-Koordinatoren (Pools; die Knoten, die Blöcke erstellen). Pools sind notwendig, um regelmäßig eine Belohnung zu sammeln, wenn Sie nicht über eine sehr große Menge an physischer Mining-Hardware verfügen und ein legitimer Zentralisierungspunkt sind. Mining-Zentralisierung/Dezentralisierung ist kein einfaches Thema (mehr hier) und es gibt wichtige Nuancen, wie verschiedene Aspekte des zentralisierten Bergbaus mit anderen Aspekten des Bergbaus interagieren. Ohne Mining-Pools ist das Einkommen eines Miners eine völlig unberechenbare, unvorhersehbare Einnahmequelle. Dies in Kombination mit dem sehr realen Risiko einer möglichen Regulierung von Mining-Pools in der Zukunft (sie sind eine Verwahrstelle; sie verwahren die Gelder der Benutzer bis zur Auszahlung) macht Mining-Pools zu einem sehr gefährlichen Zentralisierungspunkt für den Raum.

Miner müssen die Blockchain validieren, um schürfen zu können, unabhängig davon, ob diese Funktion ausgelagert ist oder nicht. Ohne die Validierung der Kette haben sie keine Ahnung, ob der Block, den sie abbauen, nur gültige Transaktionen enthält; Alles, was es braucht, ist ein einziger ungültiger, um den Block, den sie finden, ungültig zu machen und ihnen das ganze Geld zu verlieren, das sie hätten verdienen können. Diese Validierungsanforderung ist jedoch nicht der Grund für die Verwendung von Mining-Pools: Es ist die Vorhersagbarkeit von Belohnungen. Ein Miner mit 1 % der Hashrate wird nur sehr selten einen Block finden und die gesamte Belohnung einsammeln, während ein Miner mit 1 % der Hashrate, der einen Pool nutzt, regelmäßig etwa 1 % der Blockbelohnung sammelt, die der Pool zusammen verdient. Der Validierungsaufwand ist gering. Die Vorhersehbarkeit der Belohnung ist das Verkaufsargument, weshalb Entwickler versuchen, einen Weg zu finden, dieselben Vorteile zu nutzen, ohne einen zentralisierten Pool zu benötigen. Dies würde es Minern ermöglichen, nicht von einer zentralisierten Einheit abhängig zu sein, die die Kontrolle darüber hat, welche Transaktionen in einen Block gehen.

Stellen Sie sich nun vor, die Validierungskosten wären höher. Die Anzahl der zu erstellenden Raumketten ist unbegrenzt. Und obwohl sie nicht wie andere Designs preislich an Bitcoin gebunden sind, würde es sich für Mining-Pools (und Miner) lohnen, sie zu betreiben, um mehr Geld zu verdienen, wenn sie einen signifikanten Wert haben. Miner, die dies tun, wären wettbewerbsfähiger als diejenigen, die dies nicht tun, und wenn der Bergbau langfristig zu einer Branche mit hauchdünnen Gewinnmargen wird, wird dies effektiv zu einer Voraussetzung, um diese anderen Ketten abzubauen. Wenn Sie dies nicht tun, sind Sie nicht profitabel. Bergleute, die sie betreiben, können die Kosten für Bergleute, die dies nicht tun, in die Höhe treiben und trotzdem profitieren, wodurch die anderen aus dem Geschäft gedrängt werden.

Denken Sie auch daran, dass die Validierungskosten einer Sidechain unbegrenzt sind. Es kann sehr kostspielig sein, einige kryptografische Funktionen, willkürliche Komplexität wie Ethereum oder sogar Gigablock-Dummheit wie BSV zu validieren. Softchains haben genau das gleiche Risiko und erhöhen zusätzlich die Validierungskosten für normale Benutzer, die Full Nodes betreiben. Die einzige „rettende Gnade“, wenn Sie es so nennen wollen, ist die Anforderung, jeweils eine einzelne Sidechain mit einem einzigartigen Softfork zu aktivieren. Das bedeutet zumindest, dass jeder einzelne Vorschlag und seine Validierungskosten genau geprüft werden, bevor er aktiviert wird.

Antriebsketten? Sie behaupten, dieses Problem zu lösen, aber die Realität ist, dass sie es nicht tun. Die Idee einer Antriebskette ist, dass der Blockersteller am Ende den Großteil der Gebühren an die Miner zahlt, um ihren Block abzubauen, und nur einen kleinen Teil für sich selbst behält. Dieser kleine Teil in einer Welt hauchdünner Gewinnspannen ist mehr Gewinn, der erzielt werden kann, was wiederum darauf hinausläuft, andere Miner aus dem Geschäft zu treiben, wenn Sie es selbst tun. Selbst wenn Sie davon ausgehen, dass die Ersteller von Drivechain-Blöcken keine der Gebühren für sich behalten und den Minern 100 % geben, warum sollten sie das tun, wenn es nicht einen anderen Aspekt dieser Sidechain gibt, den sie monetarisieren können? Das ist wahrscheinlich eine Form von Miner-extrahierbarer Wert (MEV), mit dem Bergleute Geld verdienen könnten, mit dem gleichen zentralisierenden Effekt. Langfristig müsste jede Art von dezentralisiertem Mining-Pool Miner einbeziehen, die alle diese Sidechain-Knoten zusätzlich zu einem Mainchain-Knoten betreiben, was sich für kleine Miner als sehr unrealistische Aussicht erweisen könnte. Das würde einen künstlichen Boden setzen, der einschränkt, wie dezentralisierter Bergbau sein könnte.

Nur föderierte Sidechains vermeiden diesen zentralisierenden Effekt auf das Bitcoin-Mining, da sie in keiner Weise mit Minern interagieren, außer durch die Zahlung von Miner-Gebühren für Transaktionen, bei denen Coins aus der Sidechain gekoppelt werden.

Die Risiken von Pegs und Konsens

Der Prozess, wie Sidechains abgebaut werden, birgt Risiken für die Mining-Zentralisierung, und der Prozess, wie Coins von einem Sidechain-Peg gesperrt und entsperrt werden, kann Risiken für den Konsens darstellen. Federated Pegs und One-Way Pegs stellen kein ernsthaftes Risiko für den Konsens dar. Im Falle einer föderierten Bindung besteht keine grundlegende Wechselwirkung mit dem Konsensprozess, den Börsen durchführen, da sie sich grundsätzlich nicht von einer Depotbörse unterscheidet – Sie können dort einzahlen und von ihr abheben – und stellt daher kein neues Risiko dar. Einweg-Pegs sind einfach eine Möglichkeit, Ihre Bitcoins zu verbrennen und sie unwiederbringlich zu machen. Dies ist kein Risiko oder Eingriff in den Konsens. Softchains und Drivechains stellen jedoch beide auf unterschiedliche Weise Risiken für den Bitcoin-Konsens dar.

Softchains stellen ein sehr klares Konsensrisiko für das Haupt-Bitcoin-Netzwerk dar. Erstens erhöht es die Validierungskosten pro Softchain, die für Nur-Mainchain-Knoten hinzugefügt werden, und je nach Größe der Blöcke oder Komplexität der Regeln zur Validierung kann dies eine geringfügige oder eine ziemlich drastische Erhöhung sein. Zweitens könnte jede Konsensspaltung aufgrund eines nicht deterministischen Fehlers die Mainchain beeinträchtigen. So ein Bug war die Ursache für den Chainsplit das geschah im Jahr 2013. Aufgrund der Art und Weise, wie die Datenbank, die Bitcoin zum Lesen und Schreiben von Daten verwendet, funktioniert, würden einigen Knoten „die Zeit ausgehen“, in der sie Daten lesen und schreiben und einen ansonsten ungültigen Block ungültig machen könnten. Da diese Vorgänge basierend auf den einzelnen Computerressourcen begrenzt waren, gab es keine konsistente Situation, die dies verursachen würde, da die Ressourcen jedes einzelnen Knotens unterschiedlich sind.

Ein solcher Vorfall in einer Softchain stellt ein Konsensrisiko für die Mainchain dar, da sie miteinander verflochten sind. Schließlich kann die Art und Weise, wie die Schwierigkeitsanforderungen für das Mining einer Softchain definiert werden, enorme Auswirkungen auf die Validierungskosten von Nur-Mainchain-Knoten haben. Jede Erkennung eines Softchain-Chainsplits löst das Herunterladen und Validieren jedes Blocks bis zur Wurzel dieses Chainsplits aus, was, abhängig von den Validierungskosten einer bestimmten Softchain, zu einer massiven Validierungssteigerung für Mainchain-Knoten führen könnte. Wenn die Mining-Schwierigkeit ein zu geringer Prozentsatz der gesamten Bitcoin-Hash-Rate ist oder sogar zugelassen werden kann, könnte es sehr billig werden, Bitcoin anzugreifen, indem Chainsplits auf der Softchain erstellt werden, nur um die Kosten der Mainchain-Knoten zu erhöhen.

Antriebsketten stellen ein subtileres Risiko für den Konsens dar. Wie oben besprochen, haben sie tatsächlich eine Dynamik wie andere Sidechain-Designs, die Druck erzeugen, um das Mining weiter zu zentralisieren. Dies interagiert sehr schlecht mit der Tatsache, dass der Stift im Wesentlichen nur Bergleute sind, die die vollständige Kontrolle über die Münzen in Antriebsketten haben; Die Mehrheit von ihnen kann mit in Antriebsketten eingeschlossenen Münzen effektiv tun, was sie wollen. Die Sicherheit aller Coins auf Drivechains hängt davon ab, dass die Miner dezentral genug sind, um 51 % Angriffe nicht praktikabel zu machen, aber gleichzeitig Druck erzeugt, der wahrscheinlich langfristig die Mining-Zentralisierung erhöhen wird.

Wenn sich eine solche Dynamik bei Drivechains abspielt und Miner Coins von der Klammer stehlen, gibt es für Benutzer dieser Sidechain buchstäblich keine Option außer einer benutzeraktivierten Soft Fork (UASF), um diese Klammer ungültig zu machen. Dies wäre eine ganz andere Dynamik als die letzte UASF; 2017 spielten die Benutzer im Wesentlichen ein Hühnerspiel, bei dem sie Münzen auf beiden Seiten der Gabel hatten. Beide Optionen standen Personen zur Verfügung, die eine UASF unterstützten. Im Falle eines UASF zum Stoppen des Antriebskettendiebstahls stehen den Benutzern nicht beide Optionen zur Verfügung. Nur auf der UASF-Seite der Fork hätten sie Münzen; Auf der Legacy-Kette hätten sie nichts. Sie haben buchstäblich keinen Anreiz, zur alten Kette zurückzukehren, wenn die UASF versagt und zu einem Chainsplit führt.

Einige argumentieren sogar, dass Miner bestimmte „schlechte“ Sidechains angreifen sollten (obwohl nicht sicher ist, was in einer Sidechain „schlecht“ ist). Wenn Drivechains weit verbreitet wären, könnte diese gesamte Dynamik die Bitcoin-Blockchain fragmentieren und ihren Netzwerkeffekt verwässern. Menschen, die Opfer eines Antriebskettendiebstahls wurden, haben jeden Anreiz der Welt, eine Gabel am Laufen zu halten, da sie sterben zu lassen bedeutet, dass sie alles verloren haben.

Einpacken

Es wäre nachlässig von mir, föderierte Sidechains in diesem Artikel nicht zu erwähnen; Sie stellen keine direkte Bedrohung für den Bitcoin-Konsens dar wie andere Designs, aber von Natur aus sind sie effektiv ein vertrauenswürdiges System. Benutzer solcher Systeme sollten genau überlegen, ob der von solchen Systemen gebotene Nutzen den Kompromiss im Sicherheitsmodell wert ist und ob die Föderation, die das System betreibt, vertrauenswürdig genug ist, um ihre Gelder zu verwahren.

Letztendlich kommt kein derzeit vorgeschlagenes Sidechain-Design auch nur annähernd an das ursprüngliche Versprechen von Sidechains heran, das in der ursprünglichen Veröffentlichung von 2014 dargelegt wurde. Sie alle bieten entweder nicht das Sicherheitsniveau, das in einem Pegging-Mechanismus für die Bewegung zwischen Ketten erwünscht ist, oder stellen ein Risiko für das Haupt-Bitcoin-Netzwerk selbst dar. Vielleicht könnten Dinge wie Zero-Knowledge-Proofs eines Tages eine Möglichkeit bieten, einen Peg zu entwerfen, der Mainchain-Knoten wie Softchains keine erhöhten Validierungskosten auferlegt oder keine neuen Vertrauensannahmen wie Drivechains oder Federated Chains in Bezug auf die Sicherheit der Gelder der Benutzer erfordert . Aber bis jetzt gibt es kein solches konkretes Design. Wenn Sie glauben, dass wirklich vertrauenswürdige Sidechains eine wichtige Verbesserung für Bitcoin sind, wird hoffentlich eines Tages die Technologie zu ihrer Implementierung entwickelt, aber derzeit ist nichts Existierendes nahe dran.

Dies ist ein Gastbeitrag von Shinobi. Die geäußerten Meinungen sind ausschließlich ihre eigenen und spiegeln nicht unbedingt die von BTC Inc oder Bitcoin Magazine wider.