Uma visão geral das compensações para diferentes implementações de sidechain

Este é um editorial de opinião de Shinobi, um educador autodidata no espaço Bitcoin e host de podcast Bitcoin orientado para tecnologia.

Este artigo é o último de uma série que aborda os principais designs de sidechain que existem para o Bitcoin. É altamente recomendável ler as peças anteriores antes disso: (1) Cadeias espaciais, (2) Casos de uso de cadeia espacial, (3) Cadeias macias, (4) Cadeias de transmissão, (5) Cadeias Federadas.

O que são cadeias laterais em poucas palavras? Blockchains que permitem que você mova seu bitcoin do blockchain Bitcoin para esta outra cadeia lateral. É aí que reside o problema e a dificuldade de projetar uma cadeia lateral – na verdade, você não pode fazer isso. Você não pode mover bitcoin da blockchain Bitcoin para outra blockchain; isso não é possível porque o único lugar onde seu bitcoin realmente existe é na blockchain do Bitcoin. Na verdade, eles não podem existir em nenhum outro lugar. Tudo o que é realmente possível fazer é bloquear seu bitcoin de alguma forma na blockchain do Bitcoin e então criar outros tokens em uma cadeia diferente para representar esses bitcoins. A maior aspiração de uma sidechain é fazê-lo de uma forma que seja verificável que esses tokens só existem 1:1 com bitcoin real (fácil), e onde a única maneira de desbloquear bitcoin na mainchain em qualquer situação seja bloqueá-la de forma verificável. tokens que você controla legitimamente na outra cadeia (muito difícil de fazer de uma forma confiável que não torna a verificação do próprio bitcoin mais cara).

Quase todas as dificuldades em projetar uma cadeia lateral se resumem à forma como esse mecanismo de bloqueio e desbloqueio é projetado: como funciona o bloqueio, quais condições são necessárias para desbloqueá-los e como essas condições são verificadas e aplicadas. Os mecanismos unilaterais, onde você só pode bloquear moedas e nunca desbloqueá-las, são trivialmente simples. Basta queimar alguns bitcoins com OP_RETURN e exigir a verificação para cunhar tokens na nova cadeia e pronto. Os mecanismos bidirecionais, que suportam tanto o bloqueio como o desbloqueio, são muito mais complicados. Até agora não existe nenhum mecanismo bidirecional projetado, exceto aqueles que aumentam o custo de validação da blockchain principal do Bitcoin (softchains), ou aqueles que introduzem novas suposições de confiança sobre a segurança de moedas bloqueadas “na sidechain” (drivechains e cadeias federadas). .

O Santo Graal das sidechains é um mecanismo para bloquear e desbloquear moedas que não requer nenhuma confiança para aplicá-lo e que não aumenta os custos de validação da blockchain principal do Bitcoin (ou seja, uma única interação da sidechain com a mainchain não é mais cara, mais ou menos, para verificar do que uma única transação Bitcoin). Atualmente nada consegue isso, então é hora de analisar as desvantagens.

Centralização de Mineração

Todos os diferentes projetos pelos quais passei, exceto o Liquid, de uma forma ou de outra dependem dos mineradores de Bitcoin para fornecer segurança para a cadeia lateral. RSK, embora seja uma indexação federada, ainda usa mineradores de Bitcoin. As softchains poderiam, em teoria, usar outra coisa, mas se não fornecessem tanta segurança de prova de trabalho (PoW) quanto os mineradores de Bitcoin, então estariam abrindo o blockchain do Bitcoin para ataques de negação de serviço (DoS). Então, na realidade, se uma softchain fosse implantada, ela usaria mineradores de Bitcoin. Spacechains PoW é baseado explicitamente na confirmação de uma transação de compromisso para a cadeia lateral pelos mineradores de Bitcoin. Drivechains são projetados especificamente para mineração combinada por mineradores de Bitcoin. Não há como escapar do envolvimento dos mineradores em sidechains se nada mais, exceto uma sidechain federada pura, for tudo o que for implantado.

Uma distinção clara precisa ser feita antes de entrarmos neste risco: a diferença entre os próprios mineradores (operadores de hardware) e os coordenadores de mineração (pools; os blocos de construção dos nós). Os pools são necessários para coletar uma recompensa regularmente se você não tiver uma quantidade muito significativa de hardware de mineração física e forem um ponto legítimo de centralização. A centralização/descentralização da mineração não é um tema simples (mais SUA PARTICIPAÇÃO FAZ A DIFERENÇA) e há nuances importantes na forma como diferentes aspectos da mineração centralizada interagem com outros aspectos da mineração. Sem pools de mineração, a renda de um mineiro é um fluxo de receitas totalmente errático e imprevisível. Isto, combinado com o risco muito real de potencial regulamentação dos pools de mineração no futuro (eles são uma entidade de custódia; eles custodiam os fundos dos usuários até a retirada), torna os pools de mineração um ponto de centralização muito perigoso para o espaço.

Os mineradores precisam validar o blockchain para poder minerar, independentemente de essa função ser terceirizada ou não. Sem validar a cadeia, eles não têm ideia se o bloco que estão minerando contém apenas transações válidas; basta um único bloco inválido para invalidar o bloco que encontram e perder todo o dinheiro que poderiam ter ganho. Este requisito de validação não é, no entanto, a razão pela qual os pools de mineração são usados: é a previsibilidade das recompensas. Um mineiro com 1% do hashrate raramente encontrará um bloco e receberá toda a recompensa, enquanto um mineiro com 1% do hashrate usando um pool irá coletar regularmente cerca de 1% da recompensa do bloco que o pool ganha coletivamente. O custo de validação é minúsculo. A previsibilidade da recompensa é o ponto de venda, e é por isso os desenvolvedores estão tentando encontrar uma maneira de obter os mesmos benefícios sem a necessidade de um pool centralizado. Isso permitiria que os mineradores não dependessem de uma entidade centralizada que tivesse controle sobre quais transações entrariam em um bloco.

Agora imagine se os custos de validação fossem maiores. Não há limite para o número de cadeias espaciais que podem ser criadas. E embora eles não estejam atrelados ao preço do bitcoin como outros designs, qualquer um deles que tenha um valor significativo valeria a pena para os pools de mineração (e mineradores) operarem a fim de ganhar mais dinheiro. Os mineiros que o fizessem seriam mais competitivos do que aqueles que não o fizessem, e se a mineração, a longo prazo, se tornar uma indústria com margens de lucro extremamente reduzidas, isso tornar-se-á efetivamente um requisito para explorar estas outras cadeias. Do contrário, você não será lucrativo. Os mineradores que os administram podem aumentar os custos para os mineradores que não o fazem e ainda lucrar, levando os outros à falência.

Lembre-se também de que não há limitação nos custos de validação de uma cadeia lateral. Pode ser muito caro validar algumas funções criptográficas, complexidade arbitrária como Ethereum ou até mesmo estupidez total de gigablocos como BSV. Softchains apresentam exatamente o mesmo risco, além de aumentar o custo de validação de usuários regulares que executam nós completos. A única “graça salvadora”, se você quiser chamar assim, é o requisito de ativar uma única cadeia lateral por vez com um softfork exclusivo. Isso significa pelo menos que cada proposta individual e o seu custo de validação serão rigorosamente examinados antes de serem ativados.

Correntes de transmissão? Eles afirmam resolver esse problema, mas a realidade é que não o fazem. A noção de um drivechain é que o criador do bloco acaba pagando a maior parte das taxas aos mineradores para que seu bloco seja extraído, ficando com apenas uma pequena parte para si. Essa pequena parcela em um mundo de margens de lucro mínimas é mais lucro que pode ser obtido, o que mais uma vez significa ser capaz de tirar outros mineradores do mercado se você mesmo fizer isso. Mesmo se você presumir que os criadores de blocos de drivechain não ficam com nenhuma das taxas para si mesmos, dando 100% aos mineradores, por que eles fariam isso se não houvesse algum outro aspecto dessa sidechain que eles pudessem monetizar? Provavelmente é uma forma de Valor extraível do mineiro (MEV) com o qual os mineradores poderiam ganhar dinheiro, tendo o mesmo efeito centralizador. No longo prazo, qualquer tipo de pool de mineração descentralizada teria que envolver mineradores executando todos esses nós da cadeia lateral, além de um nó da cadeia principal, o que poderia acabar sendo uma perspectiva muito irrealista para mineradores de pequena escala. Isso colocaria um piso artificial restringindo o quão descentralizada poderia ser a mineração.

Somente as sidechains federadas evitam esse efeito centralizador na mineração de Bitcoin porque elas não interagem de forma alguma com os mineradores, exceto em virtude do pagamento de taxas aos mineradores em transações que atrelam moedas à sidechain.

Os riscos das estacas e do consenso

O processo de mineração de sidechains apresenta riscos para a centralização da mineração e o processo de bloqueio e desbloqueio de moedas a partir de uma indexação de sidechain pode apresentar riscos para o consenso. As indexações federadas e unidirecionais não representam um risco sério para o consenso. No caso de uma indexação federada, porque não é fundamentalmente diferente de uma bolsa de custódia – você pode depositar e retirar dela – ela não tem nenhuma interação fundamental com o processo de consenso que as bolsas fazem e, portanto, não apresenta nenhum risco novo. As indexações unilaterais são simplesmente uma forma de queimar seu bitcoin e torná-lo irrecuperável. Isto não é um risco ou interferência no consenso. Softchains e drivechains, no entanto, ambos de maneiras diferentes apresentam riscos para o consenso do Bitcoin.

Softchains apresentam um risco de consenso muito claro para a rede Bitcoin principal. Em primeiro lugar, aumenta o custo de validação por softchain adicionado para nós somente mainchain e, dependendo do tamanho dos blocos ou da complexidade das regras para validar isso, pode haver um aumento marginal ou um aumento bastante drástico. Em segundo lugar, qualquer divisão de consenso devido a um bug não determinístico poderia afetar a cadeia principal. Tal bug foi a causa do chainsplit isso ocorreu em 2013. Devido ao funcionamento do banco de dados que o Bitcoin usa para lidar com a leitura e gravação de dados, alguns nós “ficariam sem” o tempo em que poderiam ler e gravar dados e invalidariam um bloco que de outra forma seria inválido. Como essas operações eram limitadas com base nos recursos individuais do computador, não havia uma situação consistente que causasse isso, pois os recursos de cada nó individual são diferentes.

Tal incidente em uma softchain apresenta um risco de consenso para a mainchain devido à forma como elas estão interligadas. Por último, a forma como os requisitos de dificuldade são definidos para a mineração de uma softchain pode ter enormes implicações no custo de validação de nós somente de mainchain. Qualquer detecção de um chainsplit de softchain aciona o download e a validação de cada bloco até a raiz desse chainsplit, o que, dependendo dos custos de validação de um softchain específico, pode criar um aumento massivo de validação para nós de mainchain. Se a dificuldade de mineração for ou puder ser permitida ser muito baixa em uma porcentagem da taxa total de hash do Bitcoin, pode se tornar muito barato atacar o Bitcoin criando chainsplits na softchain apenas para aumentar os custos do nó da mainchain.

Drivechains apresentam um risco mais sutil ao consenso. Conforme discutido acima, eles de fato têm dinâmicas como outros designs de cadeia lateral que criam pressão para centralizar ainda mais a mineração. Isso interage muito mal com o fato de que o peg é essencialmente apenas mineradores com controle total das moedas nas cadeias de transmissão; a maioria deles pode efetivamente fazer o que quiser com moedas trancadas em correntes de transmissão. A segurança de todas as moedas nas cadeias de transmissão depende de os mineiros serem descentralizados o suficiente para tornar os ataques de 51% impraticáveis, mas ao mesmo tempo criam pressões que provavelmente aumentarão a centralização da mineração a longo prazo.

Se tal dinâmica acontecer com os drivechains e os mineradores roubarem moedas do peg, não haverá literalmente nenhuma opção para os usuários desse sidechain, exceto um soft fork ativado pelo usuário (UASF) para invalidar esse peg out. Esta seria uma dinâmica muito diferente da última UASF; em 2017, os usuários basicamente jogavam um jogo de frango em que teriam moedas em ambos os lados do garfo. Ambas as opções estavam disponíveis para pessoas que apoiavam a UASF. No caso de um UASF impedir o roubo da corrente de transmissão, os usuários não teriam ambas as opções disponíveis. Somente no lado da bifurcação da UASF eles teriam moedas; na cadeia de legado eles não teriam nada. Eles literalmente não têm incentivo para voltar à cadeia herdada se a UASF falhar e resultar em uma divisão da cadeia.

Alguns até argumentam que os mineradores deveriam atacar certas cadeias laterais “ruins” (embora não seja certo o que constitui “ruim” em uma cadeia lateral). Se os drivechains fossem amplamente adotados, toda essa dinâmica poderia fragmentar o blockchain do Bitcoin e diluir seu efeito de rede. As pessoas vítimas de roubo de corrente de transmissão têm todos os incentivos do mundo para manter um garfo funcionando, pois deixá-lo morrer significa que perderam tudo.

Embrulhar

Seria negligente da minha parte não mencionar sidechains federados neste artigo; eles não apresentam ameaças diretas ao consenso do Bitcoin como outros designs, mas por sua natureza são efetivamente um sistema confiável. Os utilizadores de tais sistemas devem considerar profundamente se a utilidade oferecida por tais sistemas vale a pena a troca no modelo de segurança e se a federação que opera o sistema é suficientemente fiável para manter a custódia dos seus fundos.

No final, nenhum design de sidechain proposto atualmente chega perto de cumprir a promessa original de sidechains apresentada no artigo original de 2014. Todos eles falham em fornecer o nível de segurança desejado em um mecanismo de indexação para movimentação entre cadeias ou apresentam riscos para a própria rede Bitcoin principal. Talvez um dia coisas como provas de conhecimento zero possam fornecer uma maneira de projetar uma indexação que não imponha custos de validação aumentados em nós de mainchain, como softchains, ou que não exija novas suposições de confiança, como drivechains ou cadeias federadas, em termos de segurança dos fundos dos usuários. . Mas até agora, não existe tal projeto concreto. Se você acha que cadeias laterais verdadeiramente confiáveis ​​são uma melhoria importante para o Bitcoin, esperamos que um dia a tecnologia para implementá-las seja desenvolvida, mas atualmente nada existente chegou perto disso.

Este é um post convidado por Shinobi. As opiniões expressas são inteiramente próprias e não refletem necessariamente as da BTC Inc ou da Bitcoin Magazine.