Raziskovanje kriptoverze in kompromis med varnostjo in ustvarjanjem kovancev

Gostujoča objava HodlX  Pošljite svojo objavo

Zadnja leta so sprožila precejšnje zanimanje za blockchain omrežja. To je privedlo do znatnega napredka v teoriji takih porazdeljenih omrežij. Zlasti privrženci so zbrali več podatkov o možnih zasnovah verig blokov, njihovih omejitvah in njihovih kompromisih.

Ta objava je posvečena enemu takšnemu kompromisu med varnostjo in stopnjo ustvarjanja kovancev. Zlasti bomo poskušali odgovoriti na vprašanje, ali je upravičeno trditi, da bi lahko modeli, ki temeljijo na dokazilih o deležu (PoS), predstavljali boljšo različico tega kompromisa kot modeli, ki temeljijo na dokazilih o delu (PoW)..

Najprej se pogovorimo, zakaj omenjeni kompromis sploh obstaja in zakaj je pomemben. Leta 2008 je Bitcoin blockchain predstavil način reševanja problema »bizantinskih generalov« z dokazili o delu. Pri tem oblikovanju verigo blokov vzdržujejo rudarji, ki so za svoje delo nagrajeni. Visoke nagrade pritegnejo več rudarjev, da se pridružijo mreži, in jih spodbudijo, da vključijo in zaposlijo več rudarske opreme. Posledično postane omrežje bolj decentralizirano in varno.

Nagrada rudarja je pogosto sestavljena tako iz provizij za transakcije kot iz blokovne nagrade. V nekaterih blockchain omrežjih, kot je Ripple, je nagrada proizvajalcem blokov sestavljena samo iz provizije za transakcijo. Vendar je v tej mreži le omejeno število vozlišč, ki sodelujejo pri soglasju. Raziskovalci poudarjajo, da samo provizije za transakcije ne zadostujejo za oskrbo omrežja v zadostni meri, da bi privabile na tisoče neodvisnih rudarjev. Na primer, v Bitcoinu le približno 1% nagrad ustreza provizijam za transakcije. Zato je blokovna nagrada, ki jo sestavljajo na novo izdani kovanci, nepogrešljiva subvencija za rudarje. Vendar bi lahko to stalno ustvarjanje kovancev povzročilo zmanjšanje vrednosti kovanca.

Kvantificirajmo koncept “stopnja ustvarjanja kovancev” po naslednji formuli:

CCR = letna ponudba / celotna ponudba

Očitno je, da so visoke vrednosti CCR koristne za rudarje. V tem primeru za svoje delo dobijo več nagrad. Po drugi strani pa je nizka vrednost CCR koristna za navadne uporabnike in imetnike kovancev. V tem primeru bi lahko pričakovali nižjo stopnjo inflacije ali celo deflacijo. CCR je pogosto kompromis med rudarji in varnostjo omrežja na eni strani ter imetniki kovancev in naključnimi uporabniki na drugi strani. Trenutno imajo Bitcoin in druge večje kriptovalute CCR približno 2%.

Včasih nekateri izvajalci trdijo, da bi lahko dokaz o deležu zagotovil boljšo ekonomiko blockchain-a kot dokazilo o delu in bi zato lahko postal hrbtenica razširljivih blockchain modelov, ki temeljijo na ostrenju. Preverimo to hipotezo.

Vzorčne predpostavke

Lahko se vprašamo: kako lahko sploh primerjamo tako različne sisteme? Najprej obstaja veliko različnih sistemov PoS. Imajo različne lastnosti in kompromise. Podobno kot drugi raziskovalci bomo iz naše študije izločili tiste sisteme, ki določajo omejitve glede tega, kdo se lahko pridruži naboru potrjevalcev. Takšni sistemi izgubijo lastnost, da nimajo dovoljenja, kar je bilo doseženo pri zasnovi bitcoinov, ki temeljijo na PoW.

Druga pomembna zahteva je popravek ničesar, kar bi bilo v nevarnosti. Brez takega popravka sistem ne more učinkovito razrešiti vilic in se ne more šteti za varnega.

Tako je popoln cilj za našo študijo Ethereum 2.0, ki se pretvarja, da na podlagi dokazov o vložku gradi ostro verigo blokov. Ta projekt se pretvarja, da rešuje vse težave, ki se pojavijo, vendar ima podrobno dokumentacijo, njegov razvojni proces pa je pogosto izpostavljen v medijih. Čeprav obstajajo tudi drugi projekti, o njih v tem članku ne bomo razpravljali.

Primerjajmo ekonomijo v Ethereumu 2.0 z nekaterim abstraktnim sistemom blockchain, ki temelji na PoW, ki je podoben Bitcoinu. Za iskreno primerjavo moramo domnevati, da imata obe omrežji enako velikost.

Predvidevamo, da imata obe omrežji enako bazo uporabnikov z enako mrežno dejavnostjo.

Predvidevamo, da imajo ta konkurenčna omrežja enako veliko začetnico ter enako dnevno število in obseg transakcij.

Predvidevamo, da uporabniki plačujejo enak obseg provizij za transakcije in da te provizije izplačujejo precej manj prihodkov kot blok nagrade.

Predvidevamo tudi, da imata obe omrežji enako raven varnosti, zlasti glede odpornosti proti napadom z dvojno porabo.

Zadnja klavzula zahteva podrobno razlago. Dobro je znano, da so blockchain omrežja ranljiva za napade dvojne porabe. Med takim napadom zlonamerni igralec prepriča nepremišljenega uporabnika, da je bila v knjigo vključena določena transakcija. Ko uporabnik izpolni svoj del posla, napadalec ustvari vilico in spremeni transakcijo. Vendar je ta vrsta napada zelo draga v velikih omrežjih, kot je Bitcoin. Kljub temu pa majhna omrežja, ki temeljijo na PoW, pogosto postanejo žrtve takšnih napadov.

Podobni napadi so možni v omrežjih, ki temeljijo na PoS. Tudi rezanje vložkov takih napadov ne preprečuje. O tej temi lahko pregledamo naš prejšnji članek.

Za uspešen napad mora zlonamerni igralec kriti nekaj stroškov. Najprej mora pridobiti zadostno moč v omrežju. V primeru PoS mora zlonamerni akter zbrati zadostne količine sredstev v deležih. V primeru PoW mora zlonamerni igralec pridobiti zadostno količino rudarske strojne opreme. Drugič, napad lahko zahteva dodatne stroške glede na čas izvajanja. V primeru PoW je treba kupiti električno energijo za rudarsko strojno opremo in enote za obdelavo podatkov. V primeru PoS je treba zagnati le enote za obdelavo podatkov. Med napadalcem bi se lahko zmanjšala tudi nekatera sredstva napadalca. Torej imajo stroški za napad z dvojno porabo drugačno strukturo. Vprašanje je: Kateri pristop je boljši z vidika varnosti in ekonomije?

Zahteva po zadostni količini rudarske strojne opreme se zdi težja naloga kot pridobivanje zadostnih količin vložkov. V primeru omrežij PoS lahko napadalec skrivaj kupuje kovance na prostem trgu in jih združuje na več denarnicah. Proxy strežnike lahko uporabi za prikrivanje dejstva, da ta sredstva nadzoruje en subjekt. Napadalec lahko skriva svojo zlonamerno namero do zadnjega trenutka. Poleg tega je v omrežju PoS le del sredstev zaklenjen in zagotavlja varnost omrežja. Če pošteni potrjevalci v koče zaklenejo le 3% ponudbe kovancev, potem zadostuje le 6% ponudbe kovancev za napad z dvojno porabo. Nasprotno pa mora v omrežju PoW napadalec pogosto nadzorovati večino razpoložljivih rudarskih virov. Na trgu je le nekaj velikih proizvajalcev ASIC, kot so Bitmain, Bitfury, Canaan itd. Veste, komu prodajajo rudarske ploščadi. Tako imajo priložnost preprečiti koncentracijo rudarske strojne opreme s strani ene same stranke, saj to ogroža njihovo poslovanje.

Lahko se vprašamo, ali obstaja možnost najema strojne opreme. Možno je v primeru majhnega omrežja s šibko hitrostjo razpršitve. Iz naše študije izključujemo primer majhnega omrežja. Lastniki velikih rudarskih kmetij ne zanimajo najema strojne opreme sumljivim subjektom. Po uspešnem napadu z dvojno porabo cene kovancev in rudarske strojne opreme pogosto znatno padejo. Tako bi posojilodajalci lahko izgubili veliko več, kot bi lahko zaslužili s posojanjem strojne opreme, razen če imajo na voljo drugo na voljo možnost za uporabo strojne opreme. V svetu blokovnih verig PoW se uporablja ducat različnih algoritmov zgoščevanja, kot so SHA256, Scrypt in Keccak. Vsak blockchain poskuša imeti lastno določeno zgoščeno kodo, ko podpisuje glave blokov. Proizvajalci strojne opreme za rudarstvo pogosto oblikujejo določeno serijo ASIC-ov za izračun vsakega posameznega zgoščevanja. Takšni ASIC-ji so zelo močni in zelo učinkoviti pri opravljanju svojega primarnega dela. Lahko bi imeli tisočkrat večjo prednost kot kolegi za splošno obdelavo. Vendar pa so ti ASIC skoraj neuporabni za izvajanje običajnih izračunov. Torej so skoraj neuporabni za druge namene. Nasprotno pa se lahko v mreži PoS izposojena sredstva uporabljajo za izvajanje napadov. Nedavna zgodba v omrežju Steem je pokazala, da bi se s posojenimi sredstvi lahko spremenilo upravljanje omrežja.

Primerjajmo stroške napadalca med izvajanjem. V PoW sestavljajo večinoma računi za elektriko. Potrebujejo dostop do ogromnih virov poceni električne energije. Za upravljanje visokonapetostnih vodov je treba vzdrževati sofisticirano strojno opremo. Zaradi te nastavitve so napadi precej težji, dragi in opazni za tretje osebe. Visoki računi za elektriko preprečujejo napade na dolge razdalje. Nasprotno pa v omrežju PoS ni treba zapravljati električne energije za rudarstvo. To dejstvo je pogosto predstavljeno kot velika prednost PoS pred PoW. Vendar poenostavlja napade z dvojno porabo v omrežju. Lahko se trdi, da mora zlonamerni igralec svoja sredstva dolgoročno zapirati v deleže. V primeru mreže Steem pa je ena od strank svoj delež uporabila za spremembo upravljanja in odklepanje sredstev v deležih. V tem pogledu je videti, da je potreba po “zaklepanju” sredstev v dragi strojni opremi za rudarstvo bolj zavezujoča in prepričljiva.

Napake pri zastajanju ekonomije

Ugotovili smo, da lahko administrativno določene “nastavitve” omrežij PoW nudijo trdnejša varnostna jamstva. Vprašanje je: Kaj se potem dogaja z ekonomiko omrežja in izdajanjem kovancev?

Primerjajmo dve mreži na podlagi našega modela: eno na osnovi PoS in drugo na osnovi PoW.

Predpostavimo, da je hitrost kovancev v omrežju fiksna.

Predpostavimo, da ima prva 66-milijardno tržno kapitalizacijo.

Predpostavimo, da je v njej vloženih 6 milijard dolarjev kovancev.

Poskusimo nastaviti enako velikost za drugo omrežje.

Predpostavimo, da ima tržno kapitalizacijo 60 milijard dolarjev.

Predpostavimo, da znašajo skupni stroški rudarske strojne opreme 4 milijarde dolarjev.

Torej – obe mreži bosta imeli v obtoku enako zalogo kovancev. Za izvedbo napada z dvojno porabo mora zlonamerni igralec v drugo omrežje prinesti približno 4 milijarde ameriških dolarjev rudarske strojne opreme. V nasprotju s tem mora v prvi mreži nadzorovati dve tretjini deležev. To je enako 4 milijarde dolarjev kot v prvem primeru.

Zagovorniki sistemov PoS trdijo, da ima PoS lahko nižjo stopnjo inflacije kot stopnja inflacije na podlagi PoW. Imajo naslednji argument. Izberimo kalkulator nagrad in podatke o vtičnikih iz našega modela. Določili smo 9,1% upravičene ponudbe žetonov. Dohodku od provizij za transakcije in stroškom za zagon celotnega vozlišča smo nastavili na nič. Potem je letna stopnja nagrade iz vložka 5,22%.

V tem scenariju ponudba kovancev raste za 0,47% na leto. Torej – po letni prilagoditvi se nagrada za vložke zmanjša na 4,75%. Te številke so videti privlačne, saj po eni strani nagrade z vložki dobro spodbujajo zainteresirane strani, po drugi strani pa je stopnja ustvarjanja kovancev skromna in malo vpliva na tržno vrednost kovancev.

Vendar kritike ekonomije PoS poudarjajo, da so možni tudi drugi scenariji z odbojnimi številkami. Imajo naslednji argument. Stav se lahko zdi preprost in zanesljiv način za pridobivanje prihodkov. Dandanes mnogi uporabniki poskušajo zaslužiti z rastjo določenih kovancev. Ti kovanci že vrsto let ne spreminjajo lastnikov. Možnost pridobitve dodatnega denarja od vložka je za take vlagatelje zelo zanimiva.

Posledično lahko zanimanje za vložke povzroči vložitev 30%, 50% ali celo 90% ponudbe kovancev. Po kalkulatorju vložkov v teh scenarijih nagrade za vložke vključujejo stopnje ustvarjanja kovancev v višini 0,86%, 1,11% in 1,5%. Ker pa je velika količina kovancev zaklenjena v kolih, obstaja potreba po prilagoditvi, ki upošteva dejansko količino kovancev v obtoku. Po prilagoditvi bi torej lahko pretok novih kovancev glede na celotno količino kovancev v obtoku ocenili na 1,23%, 2,22% oziroma 15%. Tako lahko izdaja kovancev pritiska navzdol na tržno ceno kovancev. Znaten dotok novih uporabnikov in sredstev v sistem lahko zmanjša inflacijo in verjetno povzroči deflacijo. Ko pa mrežne planote nagradne nagrade povzročijo čisto inflacijo. Poleg tega je lahko ta inflacija višja od nagrad za vložke. Predpostavimo, da omrežje stagnira in nato izračunamo nagrade za vložke, prilagojene inflaciji. Številke so naslednje: 1,65%, 0% in -13,34%. To ni dobiček, ki bi ga lahko pričakovali. Zainteresirane strani lahko poskušajo prodati svoj delež, kadar koli je to mogoče. Ta izdaja lahko povzroči nestanovitnost tržne cene kovanca.

Stres test

Proučimo vedenje mreže PoS v stresnem scenariju. Predpostavimo, da je mreža nekoč rasla dlje časa. Ko so se novi uporabniki nenehno pridruževali mreži, je cena kovanca narasla, vložili so več sredstev in vsi so bili zadovoljni. Predpostavimo, da je bilo 30% zaloge kovancev namenjenih za vložke. Nato se je nenadoma zgodila recesija. Vrednost borze se je zmanjšala za 10% in nekateri uporabniki so začeli prodajati svoje kovance, da bi pokrili nepričakovane izgube. Predpostavimo, da nihče ne pričakuje, da se bo trg kmalu okreval. Predpostavimo, da je aktivnost v omrežju upadla in naj bi se cena kovancev v obtoku v naslednjih mesecih znižala za vsaj 10%. Nato imajo zainteresirane strani razlog, da prodajo svoj delež, saj vložki niso več donosni. Izgubijo več denarja, kot bi lahko pričakovali od vložka. Ogroženi skladi se umaknejo, vstopijo v obtok in sprožijo valutni zlom. Trg mora nato najti novo ravnovesje. Vprašanje je, kje bi to moralo biti.

Zagotovo bi moralo biti vložanje dobičkonosno. Torej bi morale nagradne nagrade obravnavati trenutni zlom valute. Vendar je to mogoče le, če odstotek vloženih sredstev pade pod 5%. Torej bi moralo biti 25% sredstev, zaklenjenih v deleže, sproščenih v obtok. Naredimo okvirno oceno za nadaljnji popravek cene. Tako bi se cena kovanca po poštenem popravku morala znižati za približno 1–0,9 * 0,7 / 0,95 = 34%. Popravek cene lahko traja nekaj mesecev ali pa se lahko zgodi skoraj takoj. V obeh primerih bodo imetniki kovancev izgubili veliko denarja. Očitno bi sistem lahko zdržal ta stresni test le, če znatno število uporabnikov verjame, da ima še vedno svetlo prihodnost, in je še vedno pripravljen na nakup in vložitev kovancev.

Drugo veliko vprašanje je varnost. V takem stresnem testu bi lahko odstotek ponudbe kovancev v deležih padel pod 5% ali celo 2%. Nato postane nadzor nad odbori za drobljenje cenejši. Zlonamerni igralci lahko to priložnost izkoristijo za napade z dvojno porabo. V našem posebnem stresnem testu, če tržna omejitev kovanca pade s 66 milijard na 44 milijard dolarjev in ostane le 2% kovancev, mora zlonamerni igralec v napad vložiti le okoli 0,6 milijarde dolarjev, kar pomeni da je napad z dvojno porabo veliko cenejši v omrežju PoS kot pri omrežju PoW.

V nasprotju s tem ima slednja več moči, da zdrži tak stresni test. Kovanci iz nekdanjih vložkov nimajo dolgoročnega vpliva na ceno kovanca. Običajno vsa tveganja prevzamejo rudarji. Če se cena kovanca zniža in rudarstvo postane manj donosno, potem ugasnejo svoje stare neučinkovite ploščadi. V primeru Bitcoina se lahko stopnja zgoščevanja zmanjša do 10%. Vendar te rudarske ploščadi niso del ponudbe kovancev. So zunanje entitete, ki ne morejo pritekati v ponudbo kovancev. PoW omrežje ima jasno mejo med zmogljivostjo predelave rudarske strojne opreme in ponudbo kovancev. V primeru stresnega testa je to velika prednost.

Zaključki

Vsak sistem PoW in PoS ima svoje prednosti in slabosti. Ko jih primerjamo z vidika varnosti, se zdi, da je PoW trdnejši temeljni proces. Upoštevati je treba še ekonomijo. Konsenz na osnovi PoS je privlačna rešitev, saj odpravlja odvisnost od proizvajalcev rudarske strojne opreme. Vendar bi lahko bila ločitev ponudbe kovancev od sredstev, vloženih v rudarske objekte, pomembna prednost za omrežje PoW. V primeru padca trga bi lahko cena kovancev v omrežju PoS padla globlje od cene kovancev v omrežju PoW. Kot smo videli, lahko obstaja več ravnotežnih poti, ki vodijo do stabilnega ali nestabilnega menjalnega tečaja v omrežju PoS, pri čemer nekatere od teh ravnotežnih poti vodijo do znatne izgube vrednosti in drugih škodljivih učinkov. Te teme smo se dotaknili le z nekaj primeri, vendar so lahko ti učinki bolj sistemski v primerih, ko s takimi osnovnimi spodbudami ni mogoče najti stabilne vrednosti, razen če mreža nenehno privablja nove uporabnike. Vendar je ta hipoteza očitno preveč omejevalna in več dela o nedoločenosti ravnotežja deviznih tečajev (npr. Kareken in Wallace, 1981), ki se uporablja za omrežje PoS, bi moralo biti tematsko področje, v katerega bi se raziskovalci morali poglobiti..

Vinod Manoharan je tehnološki podjetnik ter ustanovitelj in izvršni direktor podjetja Jax Multiversal Holdings, holding družba, katere portfelj vključuje spletna igralniška podjetja, plačilne prehode in tehnološka podjetja Blockchain. Manoharan je tudi ustanovitelj podjetja JAX.Mreža, tehnološki zagon v Ukrajini, osredotočen na tehnologijo veriženja blokov in natančneje reševanje zloglasne trileme razširljivosti blokov.

Napisano v sodelovanju z Iuriijem Shyshatskyijem, glavnim znanstvenim direktorjem pri JAX.Network.