Istraživanje kriptoverze i kompromisa između sigurnosti i stvaranja kovanica

Gostujuća pošta HodlX  Pošaljite svoj post

Posljednje godine izazvale su značajan interes za blockchain mreže. To je rezultiralo značajnim napretkom u teoriji takvih distribuiranih mreža. Sljedbenici su posebno prikupili više podataka o mogućim blockchain dizajnom, njihovim ograničenjima i njihovim kompromisima.

Ovaj je post posvećen jednom takvom kompromisu između sigurnosti i brzine stvaranja kovanica. Konkretno, pokušat ćemo odgovoriti na pitanje je li valjano reći da dizajni temeljeni na dokazima o udjelu (PoS) mogu pružiti bolju verziju ovog kompromisa od dizajna temeljenih na dokazima o radu (PoW).

Prvo, razgovarajmo zašto spomenuta trgovina uopće postoji i zašto je to važno. 2008. godine Bitcoin blockchain predstavio je način rješavanja problema „bizantskih generala“ s dokazima o radu. U ovom dizajnu blockchain održavaju rudari koji dobivaju nagradu za svoj rad. Visoke nagrade privlače više rudara da se pridruže mreži i potiču ih da uvedu i zaposle više rudarske opreme. Kao rezultat, mreža postaje decentraliziranija i sigurnija.

Nagrada rudara često se sastoji i od naknada za transakcije i od blok nagrade. U nekim blockchain mrežama poput Ripplea, nagrada proizvođačima blokova sastoji se samo od naknade za transakcije. Međutim, u ovoj mreži postoji samo ograničeni broj čvorova koji sudjeluju u konsenzusu. Istraživači ističu da jedine naknade za transakcije nisu dovoljne za poticanje mreže u dovoljnoj mjeri da privuku tisuće neovisnih rudara. Na primjer, u Bitcoinu, samo približno 1% nagrada odgovara naknadama za transakcije. Stoga je blok nagrada koja se sastoji od novoizdanih kovanica nezamjenjiva subvencija za rudare. Međutim, ovo stabilno stvaranje novčića moglo bi prouzročiti smanjenje vrijednosti kovanica.

Kvantificirajmo pojam “stopa stvaranja novčića” putem sljedeće formule:

CCR = godišnja opskrba / ukupna opskrba

Očito je da su visoke vrijednosti CCR-a korisne za rudare. U ovom slučaju dobivaju više nagrada za svoj rad. S druge strane, niska vrijednost CCR-a korisna je za povremene korisnike i vlasnike novčića. U ovom bi se slučaju moglo očekivati ​​manja stopa inflacije ili čak deflacija. CCR je često kompromis između rudara i mrežne sigurnosti, s jedne strane, i vlasnika novčića i slučajnih korisnika, s druge strane. Trenutno Bitcoin i druge glavne kriptovalute imaju CCR oko 2%.

Ponekad neki praktičari tvrde da bi dokaz o udjelu mogao pružiti bolju ekonomiju blockchaina od dokaza o radu, te bi stoga mogao postati okosnica skalabilnih blockchain dizajna temeljenih na oštrini. Provjerimo ovu hipotezu.

Pretpostavke modela

Može se postaviti pitanje: Kako uopće možemo usporediti tako različite sustave? Prije svega, postoji mnogo različitih PoS sustava. Imaju različita svojstva i kompromise. Slično kao i drugi istraživači, iz svoje ćemo studije izuzeti one sustave koji postavljaju ograničenja na to tko se može pridružiti skupu validatora. Takvi sustavi gube svojstvo da nemaju dozvolu što je postignuto u dizajnu Bitcoin-a temeljenog na PoW-u.

Sljedeći važan zahtjev je popravak za ništa koji nije na kocki. Bez takvog popravka sustav ne može učinkovito riješiti rašlje i ne može se smatrati sigurnim.

Stoga je savršeni cilj za našu studiju Ethereum 2.0, koji se pretvara da gradi izoštreni blockchain na temelju dokaza o udjelu. Ovaj projekt pretendira da rješava sve probleme koji se pojave, ali ima detaljnu dokumentaciju, a njegov razvojni proces često je izložen u medijima. Iako postoje i drugi projekti, o njima nećemo raspravljati u ovom radu.

Usporedimo ekonomiju u Ethereumu 2.0 s nekim apstraktnim blockchain sustavom koji se temelji na PoW-u sličan je Bitcoin-u. Da bismo napravili iskrenu usporedbu, moramo pretpostaviti da obje mreže imaju istu veličinu.

Pretpostavljamo da obje mreže imaju istu bazu korisnika, s istom mrežnom aktivnošću.

Pretpostavljamo da ove konkurentske mreže imaju jednaku kapitalizaciju, kao i isti dnevni broj i opseg transakcija.

Pretpostavljamo da korisnici plaćaju jednak iznos transakcijskih naknada i da te naknade isplaćuju daleko manji prihod od blok-nagrada.

Također, pretpostavljamo da obje mreže imaju istu razinu sigurnosti, posebno u odnosu na njihov otpor protiv napada dvostrukog trošenja.

Posljednja klauzula zahtijeva detaljno objašnjenje. Poznato je da su blockchain mreže ranjive na napade dvostruke potrošnje. Tijekom takvog napada zlonamjerni glumac uvjerava nepromišljenog korisnika da je određena transakcija uključena u knjigu. Kada korisnik ispuni svoj dio posla, napadač kreira vilicu i poništava transakciju. Međutim, ova vrsta napada vrlo je skupa u velikim mrežama poput Bitcoina. Ipak, male mreže temeljene na PoW-u često postaju žrtve takvih napada.

Slični napadi mogući su u mrežama koje se temelje na PoS-u. Čak i rezanje uloga ne sprječava takve napade. Možemo pregledati naš prethodni rad na ovu temu.

Da bi izveo uspješan napad, zlonamjerni glumac mora podmiriti neke troškove. Prvo, mora steći dovoljnu snagu u mreži. U slučaju PoS-a, zlonamjerni akter mora prikupiti dovoljne količine sredstava u ulozima. U slučaju PoW-a, zlonamjerni glumac mora nabaviti dovoljne količine rudarskog hardvera. Drugo, napad može zahtijevati dodatne troškove na temelju vremena izvođenja. U slučaju PoW-a, postoji potreba za kupnjom električne energije za rudarski hardver i jedinice za obradu podataka. U slučaju PoS-a, postoji potreba samo za pokretanjem jedinica za obradu podataka. Također, neki iznos sredstava napadača mogao bi biti srezan tijekom napada. Dakle, troškovi napada dvostrukog trošenja imaju drugačiju strukturu. Pitanje je: Koji je pristup bolji sa stajališta sigurnosti i ekonomije?

Čini se da je zahtjev za nabavkom dovoljne količine rudarskog hardvera teži zadatak od stjecanja dovoljnih količina udjela. U slučaju PoS mreža, napadač može potajno kupiti novčiće na slobodnom tržištu i prikupiti ih na više novčanika. Može koristiti proxy poslužitelje kako bi sakrio činjenicu da ta sredstva kontrolira jedan entitet. Napadač može skrivati ​​svoju zlonamjernu namjeru do posljednjeg trenutka. Štoviše, u PoS mreži samo je dio sredstava zaključan ulozima i osigurava mrežnu sigurnost. Ako iskreni validatori ulože samo 3% ponude kovanica, tada je dovoljno samo 6% ponude kovanica za napad dvostrukog trošenja. Suprotno tome, u PoW mreži napadač često mora kontrolirati većinu dostupnih rudarskih resursa. Na tržištu je samo nekoliko velikih proizvođača ASIC-a, poput Bitmaina, Bitfuryja, Canaana itd. Oni znaju kome prodaju rudarske platforme. Tako imaju priliku spriječiti koncentraciju rudarskog hardvera od strane jedne strane, jer to predstavlja prijetnju njihovom poslovanju.

Može se postaviti pitanje postoji li mogućnost najma hardvera. To je moguće u slučaju male mreže sa slabom brzinom raspršivanja. Iz naše studije isključujemo slučaj male mreže. Vlasnici velikih rudarskih farmi nisu zainteresirani za iznajmljivanje svog hardvera sumnjivim subjektima. Nakon uspješnog napada dvostrukog trošenja, cijene kovanica i rudarskog hardvera često značajno padnu. Dakle, zajmodavci bi mogli izgubiti mnogo više nego što bi mogli zaraditi od pozajmljivanja hardvera, osim ako nemaju drugu lako dostupnu opciju za upotrebu hardvera. U svijetu PoW blockchaina koristi se desetak različitih algoritama za raspršivanje, poput SHA256, Scrypt i Keccak. Svaki blockchain pokušava imati svoj vlastiti heš koji se koristi prilikom potpisivanja zaglavlja blokova. Često proizvođači hardvera za rudarstvo dizajniraju određenu seriju ASIC-a za izračunavanje svakog određenog hasha. Takvi ASIC-i vrlo su moćni i vrlo učinkoviti u izvršavanju svog primarnog posla. Mogli bi imati tisuću puta superiornost nad kolegama iz opće obrade. Međutim, ovi ASIC-i gotovo su beskorisni za izvršavanje uobičajenih izračunavanja. Dakle, gotovo su beskorisni u druge svrhe. Suprotno tome, u PoS mreži posuđena sredstva mogla bi se koristiti za izvođenje napada. Nedavna priča u mreži Steem otkrila je da bi se posuđena sredstva mogla koristiti za promjenu upravljanja mrežom.

Usporedimo troškove napadača tijekom izvođenja. U PoW-u se uglavnom sastoje od računa za struju. Potreban im je pristup ogromnim izvorima jeftine električne energije. Potrebno je održavati sofisticirani hardver za upravljanje visokonaponskim vodovima. Ova postavka čini napade prilično teškim, skupim i uočljivim za treće strane. Visoki računi za struju sprečavaju napade dugog dometa. Suprotno tome, u PoS mreži nema potrebe za trošenjem električne energije za rudarstvo. Ta se činjenica često predstavlja kao velika prednost PoS-a u odnosu na PoW. Međutim, pojednostavljuje napade dvostrukog trošenja u mreži. Netko može tvrditi da zlonamjerni glumac mora uložiti svoja sredstva u uloge na duži vremenski interval. Međutim, u slučaju mreže Steem, jedna od strana koristila je svoj ulog za modificiranje upravljanja i otključavanje sredstava u ulozima. U ovoj se perspektivi čini da je potreba za “zaključavanjem” sredstava u skupom rudarskom hardveru obvezujuća i uvjerljivija.

Mane u ekonomiji ulaganja

Zaključili smo da bi administrativno određene “postavke” PoW mreža mogle pružiti solidnija sigurnosna jamstva. Pitanje je: Što se onda događa s mrežnom ekonomijom i izdavanjem kovanica?

Usporedimo dvije mreže temeljene na našem modelu: jedna na PoS-u, a druga na PoW-u.

Pretpostavimo da je brzina kovanica u mreži fiksna.

Pretpostavimo da prvi ima tržišnu granicu od 66 milijardi dolara.

Pretpostavimo da je u nju uloženo kovanica vrijednih 6 milijardi dolara.

Pokušajmo postaviti istu veličinu za drugu mrežu.

Pretpostavimo da ima tržišnu granicu od 60 milijardi dolara.

Pretpostavimo da ukupni trošak rudarskog hardvera u njemu iznosi 4 milijarde dolara.

Dakle – obje mreže imat će istu količinu novčića u optjecaju. Da bi izvršio napad dvostrukog trošenja, zlonamjerni glumac mora na drugu mrežu donijeti rudarski hardver vrijedan oko 4 milijarde dolara. Suprotno tome, u prvoj mreži on mora kontrolirati dvije trećine udjela. To je istih 4 milijarde dolara kao u prvom slučaju.

Zagovornici PoS sustava tvrde da PoS može imati manju stopu inflacije od one koja se temelji na PoW-u. Imaju sljedeći argument. Odaberimo kalkulator nagradnih uloga i podatke o dodacima iz našeg modela. Postavili smo 9,1% prihvatljive ponude tokena na ulog. Postavili smo na nulu prihod od naknada za transakcije i troškove izvođenja punog čvora. Tada je godišnja stopa nagrade od uloga 5,22%.

U ovom scenariju ponuda kovanica raste za 0,47% godišnje. Dakle – nakon godišnje prilagodbe, nagrada za ulog smanjuje se na 4,75%. Ovi brojevi izgledaju privlačno jer s jedne strane nagrade ulaganjem predstavljaju dobar poticaj dionicima, a s druge strane, stopa stvaranja kovanica je skromna i ne stvara mali pritisak na tržišnu vrijednost kovanica.

Međutim, kritike PoS ekonomije ističu da su mogući i drugi scenariji s odbojnim brojevima. Imaju sljedeći argument. Ulog se može pojaviti kao jednostavan i siguran način za ostvarivanje prihoda. U današnje vrijeme mnogi korisnici pokušavaju zaraditi na rastu određenih kovanica. Ovi novčići ne mijenjaju vlasnika već dugi niz godina. Opcija za dobivanje dodatnog novca od uloga vrlo je zanimljiva za takve ulagače.

Kao rezultat toga, interes za ulog može prouzročiti ulog od 30%, 50% ili čak 90% ponude kovanica. Prema kalkulatoru za ulaganje, u tim scenarijima nagrade za ulaganje uključuju stope stvaranja kovanica od 0,86%, 1,11% i 1,5%. Međutim, budući da je značajna količina kovanica zaključana u ulozima, postoji potreba za prilagodbom koja uzima u obzir stvarni volumen kovanica u optjecaju. Dakle, nakon prilagodbe, stopa protoka novih kovanica s obzirom na ukupan volumen kovanica u optjecaju može se procijeniti na 1,23%, 2,22% i 15%. Dakle, izdavanje kovanica može vršiti pritisak na tržišnu cijenu kovanica. Značajan priljev novih korisnika i sredstava u sustav može smanjiti inflaciju i, vjerojatno, uzrokovati deflaciju. Međutim, nakon mrežnih visoravni, nagrade za ulog uzrokuju čistu inflaciju. Štoviše, ova inflacija može biti veća od nagrade za ulog. Pretpostavimo da mreža stagnira, a zatim izračunajmo nagrade za ulog prilagođene inflaciji. Brojevi su sljedeći: 1,65%, 0% i -13,34%. To nije dobit koju bismo mogli očekivati. Dionici mogu pokušati prodati svoje udjele kad god je to moguće. Ovo izdanje može uzrokovati nestabilnost tržišne cijene kovanice.

Test stresa

Proučimo ponašanje PoS mreže u stresnom scenariju. Pretpostavimo da je mreža znala rasti dulje vrijeme. Kako su se novi korisnici kontinuirano pridruživali mreži, cijena novčića je rasla, ulagalo se više sredstava i svi su bili sretni. Pretpostavimo da je 30% zaliha kovanica predano ulozima. Tada je odjednom nastupila recesija. Vrijednost burze pala je za 10%, a neki su korisnici počeli prodavati svoje novčiće kako bi pokrili neočekivane gubitke. Pretpostavimo da nitko ne očekuje da će se tržište oporaviti u kratkom roku. Pretpostavimo da je aktivnost u mreži opala, a očekuje se da će cijena kovanog novca u optjecaju pasti za najmanje 10% u sljedećih nekoliko mjeseci. Tada dionici imaju razloga prodati svoje udjele, jer ulaganje više nije isplativo. Oni gube više novca nego što mogu očekivati ​​da će zaraditi ulogom. Sredstva koja su bila u igri povlače se, ulaze u optjecaj i potiču pad valute. Tržište sljedeće mora pronaći novu ravnotežu. Pitanje je gdje bi to trebalo biti.

Svakako, ulog bi trebao postati isplativ. Dakle, nagrade ulogom trebale bi se baviti trenutnim padom valute. Međutim, to je moguće samo ako postotak uloženih sredstava padne ispod 5%. Dakle, 25% sredstava zaključanih u ulog trebalo bi puštati u opticaj. Napravimo grubu procjenu za naknadnu korekciju cijene. Dakle, cijena novčića nakon poštene korekcije trebala bi pasti za oko 1–0,9 * 0,7 / 0,95 = 34%. Korekcija cijene može potrajati nekoliko mjeseci ili bi se mogla dogoditi gotovo odmah. U oba slučaja, vlasnici novčića izgubit će puno novca. Čini se da bi sustav mogao izdržati ovaj stres test samo ako značajan broj korisnika vjeruje da još uvijek ima svijetlu budućnost te ostane spreman za kupnju i ulaganje kovanica.

Još jedno veliko pitanje je sigurnost. U takvom stresnom testu postotak ponude kovanica u ulozima mogao bi pasti ispod 5% ili čak 2%. Tada dobivanje kontrole nad odborima za krhotine postaje jeftinije. Zlonamjerni glumci mogu iskoristiti ovu priliku za izvođenje napada dvostrukog trošenja. U našem posebnom stres testu, ako tržišna kapitalizacija kovanice padne s 66 milijardi na 44 milijarde dolara, a samo 2% kovanica ostane u ulozima, zlonamjerni glumac mora uložiti samo oko 0,6 milijardi dolara kako bi pokrenuo napad, što znači da je napad s dvostrukim trošenjem mnogo jeftinije provesti na PoS mreži nego na PoW mrežnoj mreži.

Suprotno tome, potonji ima više snage da izdrži takav stres test. Novčići od bivših uloga nemaju dugoročni učinak na cijenu novčića. Obično sve rizike preuzimaju rudari. Ako cijena novčića opadne, a rudarstvo postane manje isplativo, tada isključuju svoje stare neučinkovite platforme. U slučaju Bitcoina, stopa raspršivanja mogla bi pasti i do 10%. Međutim, ove rudarske platforme nisu dio ponude novca. Oni su vanjski entiteti koji se ne mogu ulijevati u ponudu kovanica. PoW mreža ima jasno razgraničenje između propusnog kapaciteta obrade rudarskog hardvera i opskrbe novčića. U slučaju testa otpornosti na stres, to je velika prednost.

Zaključci

PoW i PoS sustavi imaju svoje prednosti i nedostatke. Kada ih usporedimo u smislu sigurnosti, čini se da je PoW solidniji temeljni proces. Još jedna stvar koju treba uzeti u obzir je ekonomija. Konsenzus zasnovan na PoS-u privlačno je rješenje jer uklanja ovisnost o proizvođačima hardvera za rudarstvo. Međutim, odvajanje novca od novca uloženog u rudarske objekte moglo bi biti značajna prednost za PoW mrežu. U slučaju pada tržišta, cijena kovanica u PoS mreži može pasti dublje od cijene kovanica u PoW mreži. Kao što smo vidjeli, može postojati više ravnotežnih putova koji vode ili stabilnom ili nestabilnom tečaju u PoS mreži, s tim da neki od tih ravnotežnih putova dovode do značajnog gubitka vrijednosti i drugih štetnih učinaka. Ovu smo temu dodirnuli samo s nekoliko primjera, ali ti učinci mogu biti sustavniji u slučajevima kada se s takvim osnovnim poticajima nikada ne može naći stabilna vrijednost, osim ako mreža kontinuirano ne privlači nove korisnike. Međutim, ova je hipoteza očito previše restriktivna, a više rada na neodređenosti ravnoteže tečaja (npr. Kareken i Wallace, 1981.) primijenjenih na PoS mrežu trebalo bi biti tematsko područje za istraživače u koje bi se trebalo upuštati..

Vinod Manoharan tehnološki je poduzetnik i osnivač i izvršni direktor tvrtke Jax Multiversal Holdings, holding tvrtka čiji portfelj uključuje tvrtke za internetske igre na sreću, platne prolaze i tehnološke tvrtke Blockchain. Manoharan je također osnivač JAX.Mreža, tehnološki startup u Ukrajini, fokusiran na blockchain tehnologiju i preciznije, rješavanje zloglasne trileme skalabilnosti blockchaina.

Napisano u suradnji s Iuriijem Shyshatskyijem, glavnim znanstvenim djelatnikom u JAX.Network.