बिल्डिंग हेलिओस: एथेरियम के लिए पूरी तरह से भरोसेमंद पहुंच

हमारे द्वारा ब्लॉकचेन का उपयोग करने का एक मुख्य कारण अविश्वास है। यह संपत्ति हमें अपने धन और डेटा तक स्व-संप्रभु पहुंच की अनुमति देने का वादा करती है। अधिकांश भाग के लिए, एथेरियम जैसे ब्लॉकचेन ने इस वादे को पूरा किया है - हमारी संपत्ति वास्तव में हमारी है। 

हालाँकि, सुविधा के लिए हमने कुछ रियायतें दी हैं। ऐसा ही एक क्षेत्र हमारे केंद्रीकृत आरपीसी (दूरस्थ प्रक्रिया कॉल) सर्वर के उपयोग में है। उपयोगकर्ता आम तौर पर अल्केमी जैसे केंद्रीकृत प्रदाताओं के माध्यम से एथेरियम तक पहुंचते हैं। ये कंपनियां क्लाउड सर्वर पर हाई-परफॉर्मेंस नोड्स चलाती हैं ताकि अन्य लोग चेन डेटा तक आसानी से पहुंच सकें। जब कोई वॉलेट अपने टोकन बैलेंस पर सवाल उठाता है या जाँचता है कि क्या किसी लंबित लेनदेन को ब्लॉक में शामिल किया गया है, तो यह लगभग हमेशा इन केंद्रीकृत प्रदाताओं में से एक के माध्यम से ऐसा करता है। 

मौजूदा प्रणाली के साथ समस्या यह है कि उपयोगकर्ताओं को प्रदाताओं पर भरोसा करने की आवश्यकता है, और उनके प्रश्नों की सत्यता को सत्यापित करने का कोई तरीका नहीं है।

दर्ज Helios, एक रस्ट-आधारित एथेरियम लाइट क्लाइंट जिसे हमने विकसित किया है जो एथेरियम तक पूरी तरह से भरोसेमंद पहुंच प्रदान करता है। हेलिओस - जो एथेरियम के लाइट क्लाइंट प्रोटोकॉल का उपयोग करता है, जिसे संभव बनाया गया है हाल का स्विच सेवा मेरे हिस्सेदारी का प्रमाण - एक अविश्वसनीय केंद्रीकृत आरपीसी प्रदाता से डेटा को सत्यापन योग्य रूप से सुरक्षित, स्थानीय आरपीसी में परिवर्तित करता है। हेलिओस केंद्रीकृत आरपीसी के साथ मिलकर काम करता है ताकि पूर्ण नोड चलाए बिना उनकी प्रामाणिकता को सत्यापित करना संभव हो सके। 

पोर्टेबिलिटी और विकेंद्रीकरण के बीच का व्यापार एक आम समस्या है, लेकिन हमारा ग्राहक - जिसे हमने और अधिक बनाने के लिए जनता के लिए उपलब्ध कराया है - लगभग दो सेकंड में सिंक हो जाता है, भंडारण की आवश्यकता नहीं होती है, और उपयोगकर्ताओं को सुरक्षित श्रृंखला डेटा तक पहुंचने की अनुमति देता है कोई भी उपकरण (मोबाइल फोन और ब्राउज़र एक्सटेंशन सहित)। लेकिन क्या हैं केंद्रीकृत बुनियादी ढांचे पर निर्भर रहने के संभावित नुकसान? हम इस पोस्ट में कवर करते हैं कि वे कैसे कार्य कर सकते हैं, हमारे डिज़ाइन निर्णयों पर चलते हैं, और दूसरों के योगदान के लिए कुछ विचारों की रूपरेखा भी प्रस्तुत करते हैं codebase.

केंद्रीकृत बुनियादी ढांचे के नुकसान: एथेरियम के "अंधेरे जंगल" में सैद्धांतिक जीव

एक (सैद्धांतिक) प्राणी इसमें छिपा रहता है घना जंगल. यह एथेरियम मेमपूल में अपने शिकार की तलाश नहीं करता है, बल्कि केंद्रीकृत बुनियादी ढांचे की नकल करके अपना जाल बिछाता है जिस पर हम भरोसा करते आए हैं। जो उपयोगकर्ता इस जाल में फंस जाते हैं वे कोई गलती नहीं करते हैं: वे अपने पसंदीदा विकेन्द्रीकृत एक्सचेंज पर जाते हैं, उचित फिसलन सहनशीलता निर्धारित करते हैं, और हमेशा की तरह टोकन खरीदते और बेचते हैं... वे सब कुछ ठीक करते हैं, लेकिन फिर भी एक नए प्रकार के शिकार हो जाते हैं सैंडविच हमला, एथेरियम के अंधेरे जंगल के प्रवेश द्वार पर सावधानीपूर्वक लगाया गया एक जाल: आरपीसी प्रदाता।

इससे पहले कि हम विस्तार से बताएं, आइए देखें कि विकेंद्रीकृत एक्सचेंजों पर ट्रेड कैसे काम करते हैं। जब उपयोगकर्ता एक स्वैप लेनदेन भेजते हैं, तो वे स्मार्ट अनुबंध के लिए कई पैरामीटर प्रदान करते हैं - कौन से टोकन स्वैप करने हैं, स्वैप राशि, और सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि लेनदेन के लिए उपयोगकर्ता को न्यूनतम टोकन प्राप्त होने चाहिए। यह अंतिम पैरामीटर निर्दिष्ट करता है कि स्वैप को "न्यूनतम आउटपुट" या रिवर्ट को संतुष्ट करना होगा। इसे अक्सर "स्लिपेज टॉलरेंस" के रूप में जाना जाता है, क्योंकि यह प्रभावी रूप से अधिकतम मूल्य परिवर्तन निर्धारित करता है जो लेनदेन को मेमपूल में भेजे जाने और इसे ब्लॉक में शामिल किए जाने के बीच हो सकता है। यदि यह पैरामीटर बहुत कम सेट किया गया है, तो उपयोगकर्ता कम टोकन प्राप्त करने की संभावना स्वीकार करता है। यह स्थिति सैंडविच हमले का भी कारण बन सकती है, जहां एक हमलावर दो दुर्भावनापूर्ण स्वैप के बीच बोली को प्रभावी ढंग से सैंडविच करता है। स्वैप स्पॉट कीमत को बढ़ाते हैं और उपयोगकर्ता के व्यापार को कम अनुकूल कीमत पर निष्पादित करने के लिए मजबूर करते हैं। फिर हमलावर एक छोटा सा लाभ इकट्ठा करने के लिए तुरंत बेच देता है।

जब तक यह न्यूनतम आउटपुट पैरामीटर उचित मूल्य के करीब सेट है, आप सैंडविच हमलों से सुरक्षित हैं। लेकिन क्या होगा यदि आपका आरपीसी प्रदाता विकेंद्रीकृत एक्सचेंज स्मार्ट अनुबंध से सटीक मूल्य उद्धरण प्रदान नहीं करता है? इसके बाद उपयोगकर्ता को कम न्यूनतम आउटपुट पैरामीटर के साथ स्वैप लेनदेन पर हस्ताक्षर करने के लिए धोखा दिया जा सकता है, और, मामले को बदतर बनाने के लिए, लेनदेन को सीधे दुर्भावनापूर्ण आरपीसी प्रदाता को भेज दिया जाता है। इस लेनदेन को सार्वजनिक मेमपूल में प्रसारित करने के बजाय, जहां दर्जनों बॉट सैंडविच हमले को करने के लिए प्रतिस्पर्धा करते हैं, प्रदाता इसे रोक सकता है और हमले के लेनदेन बंडल को सीधे फ्लैशबॉट्स को भेज सकता है, जिससे खुद के लिए मुनाफा सुरक्षित हो जाता है।

इस हमले का मूल कारण ब्लॉकचेन की स्थिति जानने के लिए किसी और पर भरोसा करना है। अनुभवी उपयोगकर्ताओं ने परंपरागत रूप से अपने स्वयं के एथेरियम नोड्स चलाकर इस समस्या को हल किया है - एक समय और संसाधन-गहन प्रयास जिसके लिए, कम से कम, एक निरंतर-ऑनलाइन मशीन, सैकड़ों गीगाबाइट स्टोरेज और स्क्रैच से सिंक करने के लिए लगभग एक दिन की आवश्यकता होती है। यह प्रक्रिया निश्चित रूप से पहले की तुलना में आसान है; जैसे समूह एआरएम पर एथेरियम कम लागत वाले हार्डवेयर (जैसे बाहरी हार्ड ड्राइव के साथ रास्पबेरी पाई) पर नोड्स चलाना संभव बनाने के लिए अथक प्रयास किया है। लेकिन इन अपेक्षाकृत न्यूनतम आवश्यकताओं के साथ भी, अधिकांश उपयोगकर्ताओं के लिए नोड चलाना अभी भी मुश्किल है, खासकर मोबाइल उपकरणों का उपयोग करने वालों के लिए।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि केंद्रीकृत आरपीसी प्रदाता हमले, हालांकि पूरी तरह से प्रशंसनीय हैं, आम तौर पर होते हैं सरल फ़िशिंग हमले - और जिसका हम वर्णन करते हैं वह अभी तक घटित नहीं हुआ है। भले ही अल्केमी जैसे बड़े प्रदाताओं के ट्रैक रिकॉर्ड हमें उन पर संदेह करने का कोई कारण नहीं देते हैं, फिर भी अपरिचित आरपीसी प्रदाताओं को अपने वॉलेट में जोड़ने से पहले कुछ और शोध करना उचित है।

हेलिओस का परिचय: एथेरियम तक पूरी तरह से भरोसेमंद पहुंच

अपने लाइट क्लाइंट प्रोटोकॉल (हाल ही में हिस्सेदारी के सबूत पर स्विच द्वारा संभव बनाया गया) को पेश करके, एथेरियम ने ब्लॉकचेन के साथ त्वरित रूप से बातचीत करने और न्यूनतम हार्डवेयर आवश्यकताओं के साथ आरपीसी एंडपॉइंट्स को सत्यापित करने के लिए रोमांचक नई संभावनाएं खोलीं। इस महीने से मर्ज, हमने हल्के ग्राहकों की एक नई फसल को एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से उभरते देखा है (ध्रुवतारा, चमक, और जावास्क्रिप्ट-आधारित केवलर) जिन्होंने एक ही लक्ष्य की सेवा में अलग-अलग दृष्टिकोण अपनाए हैं: पूर्ण नोड का उपयोग किए बिना कुशल और भरोसेमंद पहुंच।

हमारा समाधान, हेलिओस, एक एथेरियम लाइट क्लाइंट है जो लगभग दो सेकंड में सिंक हो जाता है, इसके लिए किसी भंडारण की आवश्यकता नहीं होती है, और एथेरियम तक पूरी तरह से भरोसेमंद पहुंच प्रदान करता है। सभी एथेरियम ग्राहकों की तरह, हेलिओस में एक निष्पादन परत और एक सर्वसम्मति परत होती है। अधिकांश अन्य ग्राहकों के विपरीत, हेलिओस दोनों परतों को कसकर जोड़ता है ताकि उपयोगकर्ताओं को केवल सॉफ़्टवेयर का एक टुकड़ा स्थापित करने और चलाने की आवश्यकता हो। (एरिगोन सीधे उनके संग्रह नोड में निर्मित सर्वसम्मति परत लाइट क्लाइंट को जोड़कर, इस दिशा में भी आगे बढ़ रहा है)। 

तो यह कैसे काम करता है? हेलिओस सर्वसम्मति परत वर्तमान ब्लॉक के साथ सत्यापित रूप से सिंक करने के लिए पहले से ज्ञात बीकन श्रृंखला ब्लॉकहैश और एक अविश्वसनीय आरपीसी से कनेक्शन का उपयोग करती है। हेलिओस निष्पादन परत इन प्रमाणित बीकन श्रृंखला ब्लॉकों का उपयोग एक अविश्वसनीय निष्पादन परत आरपीसी के साथ मिलकर खाता शेष, अनुबंध भंडारण, लेनदेन रसीदें और स्मार्ट अनुबंध कॉल परिणामों जैसी श्रृंखला स्थिति के बारे में मनमानी जानकारी को साबित करने के लिए करती है। ये घटक पूर्ण नोड चलाने की आवश्यकता के बिना, उपयोगकर्ताओं को पूरी तरह से भरोसेमंद आरपीसी प्रदान करने के लिए एक साथ काम करते हैं।

...सर्वसम्मति परत पर

सर्वसम्मति परत लाइट क्लाइंट बीकन चेन लाइट क्लाइंट के अनुरूप है विनिर्देश, और बीकन श्रृंखला की सिंक समितियों का उपयोग करता है (अल्टेयर हार्ड फोर्क में मर्ज से पहले पेश किया गया)। सिंक समिति 512 सत्यापनकर्ताओं का एक यादृच्छिक रूप से चयनित उपसमूह है जो ~27-घंटे की अवधि के लिए सेवा प्रदान करता है। 

जब एक सत्यापनकर्ता सिंक समिति में होता है, तो वे प्रत्येक बीकन श्रृंखला ब्लॉक हेडर पर हस्ताक्षर करते हैं जो वे देखते हैं। यदि समिति के दो-तिहाई से अधिक लोग किसी दिए गए ब्लॉक हेडर पर हस्ताक्षर करते हैं, तो इसकी अत्यधिक संभावना है कि वह ब्लॉक कैनोनिकल बीकन श्रृंखला में है। यदि हेलिओस वर्तमान सिंक समिति के गठन को जानता है, तो वह सबसे हालिया सिंक समिति के हस्ताक्षर के लिए एक अविश्वसनीय आरपीसी से पूछकर श्रृंखला के प्रमुख को आत्मविश्वास से ट्रैक कर सकता है। 

बीएलएस को धन्यवाद हस्ताक्षर एकत्रीकरण, नए हेडर को सत्यापित करने के लिए केवल एक ही जांच की आवश्यकता है। यदि हस्ताक्षर वैध है और समिति के दो-तिहाई से अधिक लोगों द्वारा हस्ताक्षरित किया गया है, तो यह मान लेना सुरक्षित है कि ब्लॉक को श्रृंखला में शामिल किया गया था (बेशक इसे श्रृंखला से बाहर किया जा सकता है, लेकिन ट्रैकिंग ब्लॉक अंतिमता प्रदान कर सकता है) कड़ी गारंटी)।

हालाँकि, इस रणनीति में एक स्पष्ट रूप से गायब हिस्सा है: वर्तमान सिंक समिति को कैसे खोजा जाए। इसकी शुरुआत विश्वास की जड़ को प्राप्त करने से होती है जिसे कहा जाता है कमजोर व्यक्तिपरकता जांच बिंदु. नाम से आपको भयभीत न होने दें - इसका मतलब सिर्फ एक पुराना ब्लॉकहैश है जिसकी हम गारंटी दे सकते हैं कि अतीत में किसी बिंदु पर श्रृंखला में शामिल किया गया था। चौकी कितनी पुरानी हो सकती है, इसके पीछे कुछ दिलचस्प गणित है; सबसे खराब स्थिति का विश्लेषण लगभग दो सप्ताह का सुझाव देता है, जबकि अधिक व्यावहारिक अनुमान कई महीनों का सुझाव देता है। 

यदि चौकी बहुत पुरानी है, तो हैं सैद्धांतिक हमले यह गलत श्रृंखला का अनुसरण करने के लिए नोड्स को धोखा दे सकता है। एक कमजोर व्यक्तिपरकता चेकपॉइंट प्राप्त करना प्रोटोकॉल के दायरे से बाहर है। हेलिओस के साथ हमारा दृष्टिकोण कोडबेस में हार्डकोडेड एक प्रारंभिक चेकपॉइंट प्रदान करता है (जिसे आसानी से ओवरराइड किया जा सकता है); इसके बाद यह भविष्य में चेकपॉइंट के रूप में उपयोग करने के लिए नवीनतम अंतिम ब्लॉकहैश को स्थानीय रूप से सहेजता है, जब भी नोड सिंक होता है। 

सुविधाजनक रूप से, एक अद्वितीय बीकन ब्लॉकहैश का उत्पादन करने के लिए बीकन श्रृंखला ब्लॉकों को हैश किया जा सकता है। इसका मतलब है कि एक पूर्ण बीकन ब्लॉक के लिए एक नोड से पूछना आसान है, और फिर इसे हैशिंग करके और ज्ञात ब्लॉकहैश से तुलना करके साबित करें कि ब्लॉक सामग्री वैध है। हेलिओस इस संपत्ति का उपयोग कमजोर व्यक्तिपरकता चेकपॉइंट ब्लॉक के अंदर कुछ क्षेत्रों को लाने और साबित करने के लिए करता है, जिसमें दो बहुत महत्वपूर्ण क्षेत्र शामिल हैं: वर्तमान सिंक समिति, और अगली सिंक समिति। गंभीर रूप से, यह तंत्र हल्के ग्राहकों को ब्लॉकचेन के इतिहास के माध्यम से तेजी से आगे बढ़ने की अनुमति देता है।

अब जबकि हमारे पास एक कमजोर व्यक्तिपरकता जांच बिंदु है, हम वर्तमान और अगली सिंक समितियों को ला सकते हैं और सत्यापित कर सकते हैं। यदि वर्तमान चेन हेड चेकपॉइंट के समान सिंक कमेटी अवधि के भीतर है, तो हम तुरंत हस्ताक्षरित सिंक कमेटी हेडर के साथ नए ब्लॉकों का सत्यापन शुरू कर देते हैं। यदि हमारी चौकी के पीछे कई सिंक समितियाँ हैं, तो हम यह कर सकते हैं:

1. भविष्य में एक सिंक समिति उत्पन्न करने वाले ब्लॉक को लाने और सत्यापित करने के लिए हमारे चेकपॉइंट के बाद अगली सिंक समिति का उपयोग करें।
2. नई अगली सिंक समिति लाने के लिए इस नए ब्लॉक का उपयोग करें।
3. यदि अभी भी पीछे है, तो चरण 1 पर वापस लौटें।

इस प्रक्रिया का प्रत्येक पुनरावृत्ति हमें श्रृंखला के इतिहास के 27 घंटों में तेजी से आगे बढ़ने, अतीत के किसी भी ब्लॉकहैश से शुरू करने और वर्तमान ब्लॉकहैश के साथ समन्वयित करने की अनुमति देता है।

...निष्पादन स्तर पर

निष्पादन परत लाइट क्लाइंट का लक्ष्य सर्वसम्मति परत द्वारा सत्यापित बीकन ब्लॉक हेडर लेना है, और सत्यापित निष्पादन परत डेटा प्रदान करने के लिए एक अविश्वसनीय निष्पादन परत आरपीसी के साथ उनका उपयोग करना है। फिर इस डेटा को RPC सर्वर के माध्यम से एक्सेस किया जा सकता है जिसे स्थानीय रूप से हेलिओस द्वारा होस्ट किया जाता है।

यहां किसी खाते की शेष राशि प्राप्त करने का एक सरल उदाहरण दिया गया है, जिसकी शुरुआत एथेरियम में राज्य को कैसे संग्रहीत किया जाता है, इस पर एक त्वरित प्राइमर के साथ की जाती है। प्रत्येक खाते में कुछ फ़ील्ड होते हैं, जैसे अनुबंध कोड हैश, नॉन, स्टोरेज हैश और बैलेंस। ये खाते बड़े, संशोधित रूप में संग्रहीत हैं मर्कल-पेट्रीसिया पेड़ राज्य वृक्ष कहा जाता है। यदि हम राज्य वृक्ष की जड़ को जानते हैं, तो हम पुष्टि कर सकते हैं मर्केल सबूत पेड़ के भीतर किसी भी खाते के अस्तित्व (या बहिष्करण) को साबित करने के लिए। इन सबूतों को गढ़ना वास्तव में असंभव है।

हेलिओस के पास सर्वसम्मति परत से एक प्रमाणित राज्य जड़ है। इस जड़ का प्रयोग और अविश्वसनीय निष्पादन परत आरपीसी के लिए मर्कल प्रूफ अनुरोध, हेलिओस एथेरियम पर संग्रहीत सभी डेटा को स्थानीय रूप से सत्यापित कर सकता है।

हम निष्पादन परत द्वारा उपयोग किए गए सभी प्रकार के डेटा को सत्यापित करने के लिए विभिन्न तकनीकों को लागू करते हैं; एक साथ उपयोग किए जाने पर, ये हमें अविश्वसनीय आरपीसी से प्राप्त सभी डेटा को प्रमाणित करने की अनुमति देते हैं। हालांकि एक अविश्वसनीय आरपीसी डेटा तक पहुंच से इनकार कर सकता है, लेकिन यह अब हमें गलत परिणाम नहीं दे सकता है।

जंगल में हेलिओस का उपयोग करना

पोर्टेबिलिटी और विकेंद्रीकरण के बीच का व्यापार एक आम समस्या है - लेकिन चूंकि हेलिओस इतना हल्का है, उपयोगकर्ता किसी भी डिवाइस (मोबाइल फोन और ब्राउज़र एक्सटेंशन सहित) से सुरक्षित श्रृंखला डेटा तक पहुंच सकते हैं। हेलिओस को कहीं भी चलाने की क्षमता अधिक लोगों के लिए भरोसेमंद एथेरियम डेटा तक पहुंच संभव बनाती है, चाहे उनका हार्डवेयर कुछ भी हो। इसका मतलब है कि उपयोगकर्ता मेटामास्क में हेलिओस को अपने आरपीसी प्रदाता के रूप में उपयोग कर सकते हैं, और बिना किसी अन्य बदलाव के भरोसेमंद रूप से डैप तक पहुंच सकते हैं। 

इसके अलावा, वेबअसेंबली के लिए रस्ट का समर्थन ऐप डेवलपर्स के लिए जावास्क्रिप्ट एप्लिकेशन (जैसे वॉलेट और डैप) के अंदर हेलिओस को एम्बेड करना आसानी से संभव बनाता है। ये एकीकरण एथेरियम को सुरक्षित बनाएंगे और केंद्रीकृत बुनियादी ढांचे पर भरोसा करने की हमारी आवश्यकता को कम करेंगे।

हम यह देखने के लिए इंतजार नहीं कर सकते कि समुदाय क्या लेकर आता है। लेकिन इस बीच, हेलिओस में योगदान करने के कई तरीके हैं - यदि आप कोडबेस में योगदान करने में रुचि नहीं रखते हैं, तो आप ऐसे सॉफ़्टवेयर भी बना सकते हैं जो हेलिओस को इसके लाभों का लाभ उठाने के लिए एकीकृत करता है। ये कुछ ऐसे विचार हैं जिनके बारे में हम उत्साहित हैं:

• RPC के बजाय सीधे P2P नेटवर्क से लाइट क्लाइंट डेटा लाने में सहायता करें
• कुछ अनुपलब्ध RPC विधियों को कार्यान्वित करें
• हेलिओस का एक संस्करण बनाएं जो WebAssembly पर संकलित हो
• हेलिओस को सीधे वॉलेट सॉफ़्टवेयर में एकीकृत करें
• अपने टोकन बैलेंस को देखने के लिए एक वेब डैशबोर्ड बनाएं जो WebAssembly के साथ वेबसाइट में एम्बेडेड हेलिओस से डेटा प्राप्त करता है
• इंजन एपीआई को लागू करें ताकि हेलिओस की सर्वसम्मति परत को मौजूदा निष्पादन परत पूर्ण नोड से जोड़ा जा सके

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