Udforsk Cryptoverse og kompromis mellem sikkerhed og møntskabelse

HodlX gæstepost  Send dit indlæg

De seneste år har skabt betydelig interesse for blockchain-netværk. Dette har resulteret i betydelige fremskridt i teorien om sådanne distribuerede netværk. Især har tilhængere samlet flere data om mulige blockchain-design, deres begrænsninger og deres kompromiser.

Dette indlæg er afsat til en sådan kompromis mellem sikkerhed og hastigheden for oprettelse af mønter. Vi vil især forsøge at besvare spørgsmålet om, hvorvidt det er gyldigt at sige, at design baseret på bevis for indsats (PoS) kunne give en bedre version af denne kompromis end design baseret på bevis for arbejde (PoW).

Lad os først diskutere, hvorfor ovennævnte kompromis endog eksisterer, og hvorfor det betyder noget. I 2008 introducerede Bitcoin-blockchain en måde at løse problemet med “byzantinske generaler” med bevis på arbejde. I dette design opretholdes en blockchain af minearbejdere, der får belønning for deres arbejde. Høje belønninger tiltrækker flere minearbejdere til at slutte sig til netværket og tilskynde dem til at bringe ind og ansætte mere minedrift. Som et resultat bliver netværket mere decentralt og sikkert.

En minearbejder består ofte af både transaktionsgebyrer og en blokbelønning. I nogle blockchain-netværk som Ripple består belønningen til blokproducenter kun af transaktionsgebyret. Imidlertid er der i dette netværk kun et begrænset antal noder, der deltager i konsensus. Forskere påpeger, at de eneste transaktionsgebyrer er utilstrækkelige til at give nettet tilstrækkelig til at tiltrække tusindvis af uafhængige minearbejdere. For eksempel svarer kun Bitcoin i ca. 1% af belønningen til transaktionsgebyrer. Derfor er blokbelønningen, der består af nyudstedte mønter, et uundværligt tilskud til minearbejdere. Denne stabile møntskabelse kan dog medføre en reduktion i møntværdien.

Lad os kvantificere begrebet “møntskabelseshastighed” gennem følgende formel:

CCR = årlig forsyning / samlet forsyning

Det er indlysende, at høje værdier af CCR er gavnlige for minearbejdere. I dette tilfælde får de flere belønninger for deres arbejde. På den anden side er lav værdi af CCR gavnlig for afslappede brugere og møntindehavere. I dette tilfælde kunne man forvente mindre inflation eller endog deflation. Ofte er CCR et kompromis mellem minearbejdere og netværkssikkerhed på den ene side og møntindehavere og afslappede brugere på den anden side. I øjeblikket har Bitcoin og andre større kryptokurver CCR omkring 2%.

Nogle gange hævder nogle praktikere, at bevis på indsats kunne give bedre blockchain-økonomi end bevis for arbejde og derfor kunne blive en rygrad til skalerbare blockchain-designs baseret på sharding. Lad os kontrollere denne hypotese.

Model antagelser

Man kan stille spørgsmål: Hvordan kan vi endda sammenligne så forskellige systemer? Først og fremmest er der mange forskellige PoS-systemer. De har forskellige egenskaber og afvejninger. På samme måde som andre forskere udelukker vi fra vores undersøgelse de systemer, der sætter begrænsninger for, hvem der kan deltage i valideringssættet. Sådanne systemer mister ejendommen til at være “tilladelsesfri”, der blev opnået i designet af PoW-baseret Bitcoin.

Et andet vigtigt krav er en løsning på et intet-på-spil angreb. Uden en sådan løsning kan systemet ikke effektivt løse gafler og kan ikke betragtes som sikkert.

Således er det perfekte mål for vores undersøgelse Ethereum 2.0, som foregiver at bygge en splintret blockchain baseret på bevis for indsats. Dette projekt foregiver at løse alle problemer, der opstår, men det har detaljeret dokumentation, og dets udviklingsproces udsættes ofte for i medierne. Selvom der er andre projekter omkring, diskuterer vi dem ikke i denne artikel.

Lad os sammenligne økonomien i Ethereum 2.0 med noget abstrakt blockchain-system baseret på PoW, der ligner Bitcoin. For at kunne foretage en ærlig sammenligning må vi antage, at begge netværk har samme størrelse.

Vi antager, at begge netværk har den samme brugerbase med den samme netværksaktivitet.

Vi antager, at disse konkurrerende netværk har samme kapitalisering, såvel som det samme daglige antal transaktioner og volumen.

Vi antager, at brugerne betaler det samme transaktionsgebyr, og at disse gebyrer betaler langt mindre indtægter end blokbelønninger.

Vi antager også, at begge netværk har det samme sikkerhedsniveau, især i forhold til deres modstand mod dobbelt-forbrugsangreb.

Den sidste klausul kræver en detaljeret forklaring. Det er velkendt, at blockchain-netværk er sårbare over for angreb med dobbelt forbrug. Under et sådant angreb overbeviser den ondsindede skuespiller den hensynsløse bruger om, at en bestemt transaktion var inkluderet i hovedbogen. Når brugeren opfylder sin del af handlen, opretter angriberen en fork og vender transaktionen. Denne type angreb er dog meget dyrt i store netværk som Bitcoin. Ikke desto mindre bliver små netværk baseret på PoW ofte ofre for sådanne angreb.

Lignende angreb er mulige i netværkene baseret på PoS. Selv stavskæring forhindrer ikke sådanne angreb. Man kan gennemgå vores tidligere artikel om dette emne.

For at gennemføre et vellykket angreb skal den ondsindede skuespiller absorbere nogle udgifter. For det første skal han erhverve tilstrækkelig strøm i netværket. I tilfælde af PoS skal den ondsindede aktør samle tilstrækkelige mængder af midler i indsatser. I tilfælde af PoW skal den ondsindede aktør erhverve tilstrækkelige mængder minedrifthardware. For det andet kan angrebet kræve, at der afholdes yderligere udgifter baseret på køretiden. I tilfælde af PoW er der behov for at købe elektricitet til minedrift og databehandlingsenheder. I tilfælde af PoS er der kun behov for at køre databehandlingsenheder. En vis mængde af angriberens midler kan også blive skåret ned under angrebet. Så udgifterne til angrebet med dobbelt forbrug har en anden struktur. Spørgsmålet er: Hvilken tilgang er bedre set ud fra sikkerhed og økonomi?

Kravet om at erhverve en tilstrækkelig mængde minedrift hardware synes at være en sværere opgave end at erhverve tilstrækkelige mængder af indsatser. I tilfælde af PoS-netværk kan angriberen hemmeligt købe mønter på det frie marked og samle dem på flere tegnebøger. Han bruger muligvis proxyservere til at skjule det faktum, at disse midler kontrolleres af en enhed. Angriberen kan skjule sin ondsindede hensigt indtil sidste øjeblik. Desuden er kun en del af midlerne i PoS-netværket låst i indsatser og sikrer netværkssikkerhed. Hvis kun 3% af møntforsyningen er låst i indsatser af ærlige validatorer, er så lidt som 6% af møntforsyningen tilstrækkelig til at udføre et angreb med dobbelt forbrug. I modsætning hertil skal angriberen i PoW-netværket ofte kontrollere størstedelen af ​​de tilgængelige minedriftressourcer. Der er kun nogle få store ASIC-producenter på markedet, såsom Bitmain, Bitfury, Canaan osv. De ved, til hvem de sælger minerigge. Så de har muligheden for at forhindre koncentrationen af ​​minedriftens hardware af en enkelt part, da det er en trussel for deres forretning.

Man kan stille spørgsmålstegn ved, om der er mulighed for at leje hardwaren. Det er muligt i tilfælde af et lille netværk med en svag hashrate. Vi udelukker sagen om et lille netværk fra vores undersøgelse. Ejere af store minedrift er ikke interesseret i at leje deres hardware til mistænkelige enheder. Efter et vellykket angreb med dobbelt forbrug falder priserne på mønter og minedrift ofte betydeligt. Så långivere kan miste meget mere, end de kunne tjene på hardwareudlånet, medmindre de har en anden let tilgængelig mulighed for at bruge hardware. I en verden af ​​PoW-blokeringer bruges et dusin forskellige hashingalgoritmer, såsom SHA256, Scrypt og Keccak. Hver blockchain forsøger at have sin egen specificerede hash at bruge, når de signerer blokoverskrifter. Ofte designer producenter af minedrift hardware en specifik serie af ASIC’er til beregning af hver bestemt hash. Sådanne ASIC’er er meget magtfulde og meget energieffektive til at udføre deres primære job. De kunne have tusind gange overlegenhed over for generelle behandlingsmodeller. Disse ASIC’er er dog næsten ubrugelige til udførelse af almindelige beregninger. Så de er næsten ubrugelige til andre formål. I modsætning hertil kunne lånte midler i PoS-netværket bruges til at udføre angreb. Den nylige historie i Steem-netværket afslørede, at lånte midler kunne bruges til at ændre netværksstyringen.

Lad os sammenligne angriberens udgifter i løbet af løbetiden. I PoW består de hovedsageligt af elregninger. De kræver adgang til enorme kilder til billig elektricitet. Der er behov for at vedligeholde sofistikeret hardware til styring af højspændingsledninger. Denne indstilling gør angreb ret vanskelige, dyre og synlige for tredjeparter. Høje elregninger forhindrer langtrækkende angreb. I modsætning hertil er der i PoS-netværket ikke behov for at spilde elektricitet til minedrift. Ofte er denne kendsgerning repræsenteret som en stor fordel ved PoS i forhold til PoW. Det forenkler dog dobbeltforbrugsangreb i netværket. Man kan argumentere for, at den ondsindede skuespiller er nødt til at låse sine midler i indsatser i det lange tidsinterval. I tilfældet med Steem-netværket brugte en af ​​parterne imidlertid sin andel til at ændre regeringsførelsen og låse op for midler i indsatser. I dette perspektiv synes behovet for at “låse” dine midler i dyr minedrift hardware at være mere bindende og overbevisende.

Fejl i indsatsøkonomi

Vi konkluderede, at de administrativt specificerede “indstillinger” af PoW-netværk kunne give mere solide sikkerhedsgarantier. Spørgsmålet er: Hvad sker der så med netværksøkonomi og møntudstedelse?

Lad os sammenligne to netværk baseret på vores model: et baseret på PoS og det andet er baseret på PoW.

Antag, at mønthastigheden i netværket er fast.

Antag, at den første har en markedsværdi på 66 milliarder dollars.

Antag, at mønter i værdien af ​​6 milliarder dollars er sat i.

Lad os prøve at indstille den samme størrelse for det andet netværk.

Antag, at det har en markedsværdi på $ 60 mia.

Antag, at de samlede omkostninger til minedrift hardware i det er $ 4 mia.

Så – begge netværk vil have den samme møntforsyning i omløb. For at udføre et angreb med dobbelt forbrug skal den ondsindede skuespiller bringe minearbejdshardware til omkring 4 milliarder dollars til det andet netværk. I modsætning hertil skal han i det første netværk kontrollere to tredjedele af indsatsen. Det er de samme $ 4 milliarder som i det første tilfælde.

Fortalere for PoS-systemer hævder, at PoS kan have en lavere inflation end den, der er baseret på PoW. De har følgende argument. Lad os vælge en indsatsbelønningsberegner og plug-in-data fra vores model. Vi indstiller 9,1% af den kvalificerede tokenforsyning, der skal indsættes. Vi satte nul til indtægterne fra transaktionsgebyrer og udgifterne til at køre den fulde node. Så er den årlige belønningsprocent fra indsatsen 5,22%.

I dette scenarie vokser møntforsyningen med 0,47% om året. Så – efter en årlig justering reduceres belønningen for indsatsen til 4,75%. Disse tal ser attraktive ud, da indsats af belønninger på den ene side er et godt incitament for interessenter, og på den anden side er mønten for oprettelse af mønter beskeden og sætter lidt nedadgående pres på mønts markedsværdi.

Kritik af PoS-økonomi fremhæver imidlertid, at andre scenarier med frastødende tal er mulige. De har følgende argument. Indsættelse kan forekomme som en enkel og sikker måde at få indtægter på. I dag forsøger mange brugere at tjene penge på væksten af ​​visse mønter. Disse mønter skifter ikke ejere i mange år. En mulighed for at få ekstra kontanter fra indsatsen er meget interessant for sådanne investorer.

Som et resultat kan interessen for staking medføre staking på 30%, 50% eller endda 90% af møntforsyningen. Ifølge staking-regnemaskinen involverer belønninger for staking i disse scenarier henholdsvis 0,86%, 1,11% og 1,5%. Men da en betydelig mængde mønter er låst i indsatser, er der behov for en justering, der tager hensyn til den reelle mængde mønter i omløb. Så efter justeringen kunne strømmen af ​​nye mønter i forhold til den samlede mængde mønter i omløbet estimeres til henholdsvis 1,23%, 2,22% og 15%. Således kan møntudstedelsen lægge pres på møntmarkedsprisen nedad. Den betydelige tilstrømning af nye brugere og midler til systemet kan reducere inflationen og sandsynligvis forårsage deflation. Når først netværksplatåerne er, forårsager de indsatte belønninger imidlertid ren inflation. Desuden kan denne inflation være højere end belønningen for indsatsen. Lad os antage, at netværket er stillestående og derefter beregne indsatsbelønninger justeret til inflation. Tallene er som følger: henholdsvis 1,65%, 0% og -13,34%. Det er ikke den fortjeneste, man kan forvente. Interessenter kan prøve at sælge deres indsatser, når det er muligt. Dette problem kan medføre volatilitet i møntens markedspris.

Stresstesten

Lad os studere PoS-netværks opførsel i stressscenariet. Antag, at netværket plejede at vokse i lang tid. Da nye brugere kontinuerligt har tilsluttet sig netværket, er prisen på mønten vokset, og flere midler blev sat, og alle var glade. Antag, at 30% af møntforsyningen var forpligtet til indsatser. Så pludselig opstod en recession. Aktiemarkedets værdi faldt med 10%, og nogle brugere begyndte at sælge deres mønter for at dække deres uventede tab. Lad os antage, at ingen forventer, at markedet vil komme sig på kort sigt. Antag, at aktiviteten i netværket faldt, og at prisen på mønterne i omløb forventes at falde med mindst 10% i de nærmeste måneder. Derefter har interessenter en grund til at sælge deres indsatser, da indsats ikke længere er rentabel. De mister flere penge, end de kan forvente at få ved at satse. Midler, der stod på spil, trækkes tilbage og går i omløb og udløser et valutakrasch. Markedet skal derefter finde en ny ligevægt. Spørgsmålet er, hvor skal dette være.

Bestemmelse bør indsats blive rentabel. Så indsatsbelønninger bør adressere det igangværende valutakrasch. Dette er dog kun muligt, hvis procentdelen af ​​de indsatte midler falder til under 5%. Så 25% af de midler, der er låst i indsatsen, skal frigives i omløb. Lad os lave et groft skøn for den efterfølgende priskorrektion. Så prisen på mønten efter den ærlige korrektion skal falde med omkring 1–0,9 * 0,7 / 0,95 = 34%. Priskorrektion kan tage et par måneder, eller det kan ske næsten øjeblikkeligt. I begge tilfælde mister møntholderne mange penge. Tilsyneladende kunne systemet kun modstå denne stresstest, hvis et betydeligt antal brugere mener, at det stadig har en lys fremtid og forbliver klar til at købe og indsætte mønter.

Et andet stort problem er sikkerhed. I en sådan stresstest kan procentdelen af ​​møntforsyning i indsatser falde til under 5% eller endda 2%. Derefter bliver det billigere at få kontrol over shard-udvalg. Ondsindede skuespillere bruger muligvis denne mulighed til at udføre angreb med dobbelt forbrug. I vores særlige stresstest skal en ondsindet aktør kun investere omkring $ 0,6 mia. For at starte et angreb, hvis møntets markedsværdi for mønten falder fra $ 66 milliarder til $ 44 milliarder dollars, og kun 2% af mønterne er tilbage. at et dobbeltforbrugsangreb er meget billigere at gennemføre på et PoS-netværk end det er på et PoW-netværk.

I modsætning hertil har sidstnævnte mere styrke til at modstå en sådan stresstest. Mønter fra tidligere indsatser har ikke en langsigtet effekt på prisen på mønten. Normalt tages alle risici af minearbejdere. Hvis prisen på mønten falder, og minedrift bliver mindre rentabel, slukker de deres gamle ineffektive minerigge. I tilfælde af Bitcoin kan hashprocenten falde med op til 10%. Disse minerigge er dog ikke en del af møntforsyningen. De er eksterne enheder, der ikke kan strømme ind i møntforsyningen. PoW-netværket har en klar afgrænsning mellem kapacitet til behandling af minedriftens hardware og møntforsyningen. I tilfælde af stresstest er dette en stor fordel.

Konklusioner

PoW- og PoS-systemer har hver deres fordele og ulemper. Når vi sammenligner dem med hensyn til sikkerhed, ser PoW ud til at være en mere solid grundlæggende proces. En anden ting at overveje er økonomi. Konsensus baseret på PoS er en attraktiv løsning, da den eliminerer afhængigheden af ​​minedrifthardwareproducenter. Adskillelse af møntforsyning fra investeringer i minedrift kan dog være en væsentlig fordel for et PoW-netværk. I tilfælde af markedsfald kan møntprisen i PoS-netværket falde dybere end møntprisen i PoW-netværket. Som vi har set, kan der eksistere flere ligevægtsveje, der fører til enten en stabil eller ustabil valutakurs i et PoS-netværk, hvor nogle af disse ligevægtsveje fører til betydeligt værditab og andre skadelige virkninger. Vi har kun berørt dette emne med et par eksempler, men disse effekter kan være mere systemiske i tilfælde, hvor der aldrig kan findes nogen stabil værdi med sådanne underliggende incitamenter, medmindre netværket løbende tiltrækker nye brugere. Denne hypotese er dog klart for restriktiv, og mere arbejde med ubestemmelighed af valutakursligevægt (fx Kareken og Wallace, 1981) anvendt på et PoS-netværk bør være et emneområde for forskere at fordybe sig i.

Vinod Manoharan er en teknologivirksomhed og grundlægger og administrerende direktør for Jax Multiversal Holdings, et holdingselskab, hvis portefølje inkluderer online spilvirksomheder, betalingsgateways og Blockchain-teknologivirksomheder. Manoharan er også grundlæggeren af JAX.Netværk, en teknisk opstart i Ukraine, der fokuserer på blockchain-teknologi og mere specifikt at løse det berygtede blockchain-skalerbarhedstrilemma.

Skrevet i samarbejde med Iurii Shyshatskyi, Chief Scientific Officer hos JAX.Network.