Yleiskatsaus erilaisten sivuketjutoteutusten kompromisseihin

Tämä on Shinobin mielipidetoimitus, itseoppinut Bitcoin-avaruuden kouluttaja ja tekniikkaan suuntautunut Bitcoin-podcast-isäntä.

Tämä artikkeli on viimeinen sarjassa, jossa käsitellään Bitcoinin tärkeimpiä sivuketjumalleja. On erittäin suositeltavaa lukea edelliset kappaleet ennen tätä: (1) Avaruusketjut(2) Spacechainin käyttökotelot(3) Pehmeät ketjut(4) Ajoketjut(5) Liittyneet ketjut.

Mitä sivuketjut ovat pähkinänkuoressa? Lohkoketjut, joiden avulla voit siirtää bitcoinisi Bitcoin-lohkoketjusta tähän toiseen sivuketjuun. Siinä piilee ongelma ja vaikeus sivuketjun suunnittelussa – et itse asiassa voi tehdä sitä. Et voi siirtää bitcoinia Bitcoin-lohkoketjusta toiseen lohkoketjuun; se ei ole mahdollista, koska ainoa paikka, jossa bitcoinisi todella on olemassa, on Bitcoin-lohkoketjussa. Niitä ei voi oikeasti olla missään muualla. Ainoa mitä on todella mahdollista tehdä, on lukita bitcoinisi jollain tavalla Bitcoin-lohkoketjuun ja sitten luoda muita tokeneita eri ketjuun edustamaan kyseisiä bitcoineja. Sivuketjun suurin pyrkimys on tehdä se tavalla, jossa on todennettavissa, että nämä rahakkeet ovat olemassa vain 1:1 todellisen bitcoinin kanssa (helppo) ja missä ainoa tapa avata bitcoinin lukitus pääketjussa missä tahansa tilanteessa on lukita todentettavasti tokeneita, joita hallitset laillisesti toisessa ketjussa (erittäin vaikea tehdä luottamattomalla tavalla, joka ei tee bitcoinista itse kalliimpaa tarkistaa).

Melkein kaikki sivuketjun suunnitteluun liittyvät vaikeudet johtuvat siitä, miten tämä lukitus- ja avausmekanismi on suunniteltu: kuinka niiden lukitus toimii, mitä ehtoja niiden avaamiseen vaaditaan ja kuinka nämä ehdot tarkistetaan ja valvotaan. Yksisuuntaiset mekanismit, joissa voit vain lukita kolikoita etkä koskaan avata niitä, ovat triviaalin yksinkertaisia. Polta vain bitcoinia OP_RETURN:lla ja vaadi se, että voit lyödä rahakkeita uuteen ketjuun ja olet valmis. Kaksisuuntaiset mekanismit, jotka tukevat sekä lukitsemista että lukituksen avaamista, ovat paljon monimutkaisempia. Toistaiseksi ei ole suunniteltu kaksisuuntaista mekanismia lukuun ottamatta sellaisia, jotka lisäävät Bitcoinin päälohkoketjun (softchains) validointikustannuksia, tai sellaisia, jotka tuovat uusia luottamusoletuksia "sivuketjuun" lukittujen kolikoiden turvallisuudesta (käyttöketjut ja liitetyt ketjut). .

Sivuketjujen pyhä malja on mekanismi kolikoiden lukitsemiseen ja avaamiseen, joka ei vaadi mitään luottamusta sen voimaan saattamiseen ja joka ei lisää Bitcoinin päälohkoketjun validointikustannuksia (eli yhden sivuketjun vuorovaikutus pääketjun kanssa ei ole kalliimpaa, antaa tai ottaa, vahvistaa kuin yksi Bitcoin-tapahtuma). Tällä hetkellä mikään ei saavuta sitä, joten on aika käydä läpi huonot puolet.

Kaivostoimintojen keskittäminen

Kaikki erilaiset mallit, jotka olen käynyt läpi Liquidia lukuun ottamatta, ovat tavalla tai toisella riippuvaisia ​​Bitcoinin kaivostyöntekijöistä, jotka tarjoavat turvallisuutta sivuketjulle. RSK, vaikka se on federated peg, käyttää silti Bitcoinin kaivostyöntekijöitä. Softchains voisi teoriassa käyttää jotain muuta, mutta jos se ei tarjoa yhtä paljon proof-of-work (PoW) -turvallisuutta kuin Bitcoinin kaivostyöntekijät, se avaisi Bitcoin-lohkoketjun palvelunestohyökkäyksiä (DoS) vastaan. Joten todellisuudessa, jos softchain otettaisiin käyttöön, se käyttäisi Bitcoinin kaivostyöntekijöitä. Spacechains PoW perustuu nimenomaisesti siihen, että Bitcoinin kaivostyöntekijät vahvistavat sitoumuksen sivuketjuun. Ajoketjut on suunniteltu erityisesti Bitcoin-kaivostyöntekijöiden yhdistämiseen. Kaivostyöläisten saaminen mukaan sivuketjuihin ei ole pakoon, jos mitään muuta kuin pelkkä liittoutunut sivuketju on ainoa, mitä koskaan käytetään.

Yksi selkeä ero on tehtävä ennen kuin mennään tähän riskiin: ero kaivostyöntekijöiden itsensä (laitteistooperaattorit) ja kaivoskoordinaattorien (poolit; solmujen rakennuslohkot) välillä. Poolit ovat välttämättömiä palkkion keräämiseksi säännöllisesti, jos sinulla ei ole kovin merkittävää määrää fyysistä kaivoslaitteistoa ja ne ovat oikeutettu keskittämispiste. Kaivostoiminnan keskittäminen/hajauttaminen ei ole yksinkertainen aihe (lisää tätä) ja siinä on tärkeitä vivahteita siinä, kuinka keskitetyn kaivostoiminnan eri osa-alueet ovat vuorovaikutuksessa muiden kaivostoiminnan osa-alueiden kanssa. Ilman kaivospoolia kaivostyöntekijän tulot ovat täysin arvaamattomia, arvaamattomia tuloja. Tämä yhdessä erittäin todellisen riskin kanssa, joka koskee kaivospoolien mahdollista sääntelyä tulevaisuudessa (ne ovat säilytysyhteisö; ne säilyttävät käyttäjien varoja poistoon asti), tekee kaivospoolista erittäin vaarallisen tilan keskittämispisteen.

Kaivostyöntekijöiden on validoitava lohkoketju louhiakseen riippumatta siitä, onko tämä toiminto ulkoistettu vai ei. Ilman ketjun validointia heillä ei ole aavistustakaan, sisältääkö heidän kaivamansa lohko vain kelvollisia tapahtumia; tarvitaan vain yksi virheellinen lohko mitätöidäkseen löytämänsä lohkon ja menettääkseen kaikki rahat, jotka he olisivat voineet ansaita. Tämä validointivaatimus ei kuitenkaan ole syy kaivospoolien käyttöön: se on palkkioiden ennustettavuus. Kaivostyöntekijä, jolla on 1 % hashraatista, löytää vain harvoin lohkon ja kerää koko palkinnon, kun taas kaivostyöntekijä, jolla on 1 % hashraatista, käyttää poolia, kerää säännöllisesti noin 1 % lohkopalkkiosta, jonka pooli kollektiivisesti ansaitsee. Validointikustannukset ovat pienet. Palkinnon ennustettavuus on myyntivaltti, minkä vuoksi kehittäjät yrittävät löytää tavan saada samat edut ilman keskitettyä poolia. Tämän ansiosta kaivostyöntekijät eivät olisi riippuvaisia ​​keskitetystä kokonaisuudesta, joka hallitsee, mitkä tapahtumat menevät lohkoon.

Kuvittele nyt, jos validointikustannukset olisivat korkeammat. Luotavien avaruusketjujen lukumäärää ei ole rajoitettu. Ja vaikka niiden hinta ei ole sidottu bitcoiniin kuten muiden mallien, jokainen niistä, jolla on merkittävä arvo, olisi sen arvoista kaivospoolien (ja kaivostyöläisten) pyörittämiseen saadakseen lisää rahaa. Kaivostyöntekijät, jotka tekivät niin, olisivat kilpailukykyisempiä kuin ne, jotka eivät tehneet niin, ja jos kaivostoiminnasta tulee pitkällä aikavälillä ala, jolla on veitsenterävä voittomarginaali, siitä tulee käytännössä vaatimus näiden muiden ketjujen louhinnalle. Jos et, et ole kannattava. Kaivostyöläiset, jotka harjoittavat niitä, voivat nostaa kustannuksia kaivostyöläisille, jotka eivät tuota, mutta silti hyötyvät, mikä ajaa muut pois liiketoiminnasta.

Muista myös, että sivuketjun validointikustannuksia ei rajoiteta. Joidenkin salaustoimintojen, mielivaltaisen monimutkaisuuden, kuten Ethereumin, tai jopa täyden gigablock-tyhmyyden, kuten BSV:n, validointi voi olla erittäin kallista. Softchainilla on täsmälleen sama riski, sen lisäksi, että ne lisäävät täysiä solmuja käyttävien tavallisten käyttäjien validointikustannuksia. Ainoa "pelastava armo", jos sitä niin haluaa kutsua, on vaatimus aktivoida yksi sivuketju kerrallaan ainutlaatuisella softforkilla. Tämä tarkoittaa ainakin sitä, että jokainen yksittäinen ehdotus ja sen validointikustannukset tutkitaan tarkasti ennen aktivointia.

Ajoketjut? He väittävät ratkaisevansa tämän ongelman, mutta todellisuus on, että he eivät. Vetoketjun käsite on, että lohkon luoja päätyy maksamaan suurimman osan maksuista kaivostyöläisille, jotta heidän lohkonsa louhittaisiin, ja pitää vain pienen osan itselleen. Se pieni osa veitsenterävän ohuiden voittomarginaalien maailmassa on enemmän voittoa, joka voidaan saada, mikä taas tarkoittaa, että pystyt ajamaan muut kaivostyöläiset pois toiminnasta, jos teet sen itse. Vaikka olettaisitkin, että ajoketjulohkojen luojat eivät pidä mitään maksuista itselleen, vaan antaisivat 100 % kaivostyöläisille, miksi he tekisivät tämän, jos tässä sivuketjussa ei olisi jotain muuta osa-aluetta, jota he voisivat ansaita? Se on todennäköisesti eräänlainen muoto Kaivostyöntekijän purkautuva arvo (MEV), jolla kaivostyöläiset voisivat ansaita rahaa, ja niillä on sama keskittävä vaikutus. Pitkällä aikavälillä kaikentyyppisiin hajautettuihin kaivospooliin olisi osallistuttava kaivostyöntekijöitä, jotka pyörittävät kaikkia näitä sivuketjusolmuja pääketjun solmun lisäksi, mikä voisi päätyä hyvin epärealistiseksi mahdollisuudeksi pienimuotoisille kaivostyöläisille. Se asettaisi keinotekoisen lattian, joka rajoittaisi hajautetun kaivostoiminnan mahdollisuutta.

Vain liitetyt sivuketjut välttävät tämän keskittävän vaikutuksen Bitcoinin louhintaan, koska ne eivät ole millään tavalla vuorovaikutuksessa kaivostyöläisten kanssa, paitsi maksamalla kaivospalkkioita tapahtumista, jotka sitovat kolikoita sivuketjusta.

Tappien ja konsensuksen riskit

Prosessi, jolla sivuketjuja louhitaan, aiheuttaa riskejä kaivostoiminnan keskittämiselle, ja prosessi, jossa kolikot lukitaan ja avataan sivuketjun tapista, voi aiheuttaa riskejä konsensukselle. Liittyneet tapit ja yksisuuntaiset tapit eivät aiheuta vakavaa riskiä konsensukselle. Koska kyseessä on liittovaltion sitoumus, se ei ole pohjimmiltaan erilainen kuin säilytyspörssi – voit tallettaa niille ja nostaa niistä – sillä ei ole mitään perustavanlaatuista vuorovaikutusta pörssien konsensusprosessin kanssa, joten se ei aiheuta uutta riskiä. Yksisuuntaiset kiilat ovat yksinkertaisesti tapa polttaa bitcoinisi ja tehdä niistä peruuttamattomia. Tämä ei ole riski tai konsensukseen puuttuminen. Pehmoketjut ja käyttöketjut muodostavat kuitenkin eri tavoin riskejä Bitcoin-konsensukselle.

Pehmoketjut muodostavat erittäin selvän konsensusriskin Bitcoinin pääverkostolle. Ensinnäkin se nostaa validoinnin kustannuksia pehmoketjua kohden, joka on lisätty vain pääketjun solmuille, ja riippuen lohkojen koosta tai sääntöjen monimutkaisuudesta tämän vahvistamiseksi, se voi olla marginaalinen lisäys tai melko jyrkkä lisäys. Toiseksi mikä tahansa ei-deterministisen virheen aiheuttama konsensusjako voi vaikuttaa pääketjuun. Sellainen a bugi oli syynä ketjun katkeamiseen joka tapahtui vuonna 2013. Koska Bitcoinin käyttämä tietokanta käsittelee luku- ja kirjoitusdataa, toimii joidenkin solmujen "loppuun" ajat, jolloin ne voisivat lukea ja kirjoittaa dataa ja mitätöidä muuten virheellisen lohkon. Koska nämä toiminnot olivat rajoitettuja yksittäisten tietokoneresurssien perusteella, ei ollut johdonmukaista tilannetta, joka aiheuttaisi tämän, koska jokaisen yksittäisen solmun resurssit ovat erilaisia.

Tällainen tapaus pehmeässä ketjussa aiheuttaa konsensusriskin pääketjulle, koska ne ovat kietoutuneet toisiinsa. Lopuksi, kuinka vaikeusvaatimukset määritellään softchainin louhinnalle, voi olla valtava vaikutus vain pääketjun solmujen validointikustannuksiin. Mikä tahansa softchain-ketjun jakamisen havaitseminen laukaisee jokaisen lohkon lataamisen ja validoinnin kyseisen ketjujaon juureen asti, mikä tietyn softchainin validointikustannuksista riippuen voi lisätä pääketjun solmujen vahvistusta. Jos louhintavaikeus on tai sen voidaan jopa sallia olevan liian alhainen prosenttiosuudesta Bitcoinin kokonaishajautusprosentista, voi olla erittäin halpaa hyökätä Bitcoiniin luomalla ketjujakoja softchainiin vain nostaakseen pääketjun solmukustannuksia.

Ajoketjut muodostavat hienovaraisemman riskin konsensukselle. Kuten edellä on käsitelty, niillä on itse asiassa dynamiikkaa, kuten muilla sivuketjumalleilla, jotka luovat painetta edelleen keskittäen kaivostoimintaa. Tämä on erittäin huono vuorovaikutuksessa sen tosiasian kanssa, että tappi on pohjimmiltaan vain kaivostyöntekijöitä, jotka hallitsevat kolikoita käyttöketjuissa; Suurin osa heistä voi tehokkaasti tehdä mitä haluaa kolikoilla, jotka on lukittu vetoketjuihin. Kaikkien ajoketjuissa olevien kolikoiden turvallisuus riippuu kaivostyöntekijöiden hajauttamisesta tarpeeksi, jotta 51 prosentin hyökkäykset eivät ole käytännöllisiä, mutta samalla luo paineita, jotka todennäköisesti lisäävät kaivosten keskittämistä pitkällä aikavälillä.

Jos tällainen dynamiikka pelaa vetoketjuilla ja kaivostyöntekijät varastavat kolikoita tapista, tämän sivuketjun käyttäjillä ei ole kirjaimellisesti muuta vaihtoehtoa kuin käyttäjän aktivoima pehmeä haarukka (UASF) mitätöidä tuon ketjun. Tämä olisi hyvin erilainen dynamiikka kuin viime UASF; Vuonna 2017 käyttäjät pelasivat lähinnä kanapeliä, jossa heillä oli kolikoita haarukan molemmilla puolilla. Molemmat vaihtoehdot olivat UASF:ää tukevien ihmisten saatavilla. Jos UASF pysäyttää voimansiirtoketjun varkauden, käyttäjillä ei olisi kumpaakaan vaihtoehtoa. Vain UASF:n haarukan puolella heillä olisi kolikoita; perintöketjussa heillä ei olisi mitään. Heillä ei kirjaimellisesti ole kannustinta palata vanhaan ketjuun, jos UASF epäonnistuu ja johtaa ketjun jakautumiseen.

Jotkut jopa väittävät, että kaivostyöläisten tulisi hyökätä tiettyjen "huonojen" sivuketjujen kimppuun (vaikka ei ole varmaa, mikä on "huono" sivuketjussa). Jos asemaketjuja otettaisiin laajalti käyttöön, tämä koko dynamiikka voisi pirstoa Bitcoin-lohkoketjun ja laimentaa sen verkkovaikutusta. Vetoketjuvarkauden uhriksi joutuneilla ihmisillä on maailmassa kaikki kannustimet pitää haarukka liikkeellä, sillä sen kuoleminen tarkoittaa, että he ovat menettäneet kaiken.

Paketoida

Minusta olisi epämiellyttävää olla mainitsematta yhdistettyjä sivuketjuja tässä kappaleessa; ne eivät aiheuta suoria uhkia Bitcoin-konsensukselle kuten muut mallit, mutta luonteeltaan ne ovat käytännössä luotettava järjestelmä. Tällaisten järjestelmien käyttäjien tulee pohtia syvällisesti, onko tällaisten järjestelmien tarjoama apuohjelma turvamallin kompromissin arvoinen ja onko järjestelmää ylläpitävä liitto riittävän luotettava pitämään varojensa säilytys.

Loppujen lopuksi yksikään tällä hetkellä ehdotettu sivuketjumalli ei täytä alkuperäisessä 2014 paperissa esitettyä alkuperäistä lupausta sivuketjuista. Ne kaikki eivät joko pysty tarjoamaan haluttua suojaustasoa sidosmekanismissa liikkumaan ketjujen välillä tai aiheuttavat riskejä Bitcoinin pääverkolle itselleen. Ehkä jonakin päivänä asiat, kuten nollatietotodisteet, voisivat tarjota tavan suunnitella liitin, joka ei aiheuta lisääntyneitä validointikustannuksia pääketjun solmuille, kuten softchaineille, tai ei vaadi uusia luottamusoletuksia, kuten käyttöketjut tai liitetyt ketjut käyttäjien varojen turvallisuuden kannalta. . Mutta toistaiseksi tällaista konkreettista suunnittelua ei ole olemassa. Jos uskot todella luotettavien sivuketjujen olevan tärkeä parannus Bitcoinille, toivottavasti jonain päivänä kehitetään tekniikka niiden toteuttamiseen, mutta tällä hetkellä mikään olemassa olevasta ei ole tullut lähelle.

Tämä on Shinobin vieraspostaus. Esitetyt mielipiteet ovat täysin heidän omiaan eivätkä välttämättä vastaa BTC Inc:n tai Bitcoin Magazinen mielipiteitä.