Рассмотрение Proof-of-Work (PoW) как решения проблемы массовой координации в сети

Москва, 13:41, 12 Ноя 2018, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Биткоин — это чудо современной технологии, которая развивается совместно с блокчейном. Механизм PoW является наиболее важным вкладом в сложившуюся реальность.

Какая проблема заключается в решении проблемы координации?

Целью алгоритма PoW в контексте биткоина является решение проблемы координации при обработке транзакций. Несколько применимой аналогией является система управления версиями Git. Как вы создадите систему, в которой многие люди могут редактировать одни и те же данные и заканчивать копированием указанных данных, когда все будет сказано и сделано? Git решает мелочи этой проблемы буквально, позволяя всем своим участникам отправлять и извлекать данные из репозитория, и автоматически корректировать только конкретные строки кода, которые редактировались из изменений каждого человека. Однако такая система никогда не будет работать с распределенными деньгами. С деньгами вы столкнетесь с тем, что многие захотят их украсть.

Как PoW решает проблемы с массовой координацией в сети?

Криптопространство заполнено новыми идеями о том, как по-новому использовать блокчейн для решения существующих проблем. Проблема в большинстве из них заключается в том, что вычисление — это далеко лучшее применение технологии. Чтобы по-настоящему понять, почему это так, мы должны думать о типичных проблемах с интернет-системами массового сотрудничества и о том, как их разрешает PoW. Эти проблемы составляют иерархию, сходную по структуре с иерархией потребностей Маслоу, в которой ее можно достичь только после достижения соответствующего базового уровня.

Иерархия массовых координационных сетей Маслоу

PoW имеет основные принципы, которые позволяют ему добиться успеха в этом начинании:

1.Физиологический — Люди вознаграждаются за создание доказательств. Это основная причина, по которой кто-то заботится о создании доказательств. В биткоине это было достигнуто по существу, так как сам биткоин был разработан как система распределения стоимости, поэтому у него не было проблем с вознаграждением тем, кто создает доказательства.
2. Социальный — Доказательная проверка на порядок проще, чем создание доказательств. Это позволяет время для точек Шеллинга распространяться по сети, в частности, добавлять новые блоки. Если бы верификация и создание блоков было проще, разветвления стали намного более распространенными, и узлам было бы намного сложнее сходиться в одной цепочке, несмотря на то, что правильная цепочка в биткоине всегда самая длинная. В конечном итоге это позволяет оценивать награды за доказательства как «честные» или, по крайней мере, систематические.

Доказательство столь же дорого, насколько честно. По существу это означает, что нет никаких преимуществ, которые можно получить при создании поддельных доказательств вместо истинных. Опять же, это немного неточно из-за существования таких методов, как ASICBoost, и стоимости преимуществ майнинга в смысле нечестных вознаграждений за работу, но по большей части эти риски были смягчены огромным масштабом майнинга в сети. Причина этого принципа заключается в том, что проект протокола требует грубых принудительных вычислений, так что вы не сможете легко получить решение.

Может ли PoW (или просто «доказательство») делать что-либо, кроме биткоина?

Несомненно, да, но реальный вопрос заключается в основании массовой координации в сети. Аргумент состоит в том, что чем дальше от строгой проверки вычислений вы отходите, тем труднее использовать доказательства. В биткоине вы можете легко проверить транзакции, потому что все, что вам нужно знать, это то, что у человека достаточно денег для отправки, и правильно ли он подписал свою транзакцию. Ethereum немного сложнее.

Чтобы ответить на этот вопрос, давайте взглянем на некоторые примеры. Каждый из этих примеров будет демонстрировать разные степени физических требований, чтобы понять, в какой степени может быть проверена массовая достоверность.

Пример 1: Голосование по блокчейн.

Для каждой из этих теоретических систем мы должны рассмотреть, как применяются принципы PoW для решения традиционных проблем и какие аспекты системы PoW должны быть слегка адаптированы для удовлетворения потребностей проблемы. В случае голосования это проблемы, которые нам необходимо решить: как заставить людей голосовать, как заставить людей соглашаться на правильные процедуры голосования (требуется идентификация, предотвращение двойного голосования и т. д.),  и насколько это решение будет улучшением для текущей системы.

Давайте рассмотрим вторую и третью проблемы более подробно:

Определение правил голосования. Существует ряд проблем с голосованием, которые уникальны для решений на основе блоков на основе идентификаторов. Среди них — доказательство жизни, доказательство идентичности и доказательство намерения. Каждый избиратель должен доказать, что он действительный избиратель, что он все еще жив и что он намерен голосовать за кандидата, за которого он голосует. Вы можете видеть, как каждая из этих проблем решена почти тривиально в физическом голосовании. Вы заходите в место для голосования (доказательство жизни), показываете свой паспорт (удостоверение личности) и заполняете свой бюллетень (плохое, но приемлемое доказательство намерения). Вы также можете увидеть, насколько это станет сложнее, когда этот процесс оцифровывается. Фальсификация записей становится гораздо более важной проблемой, когда голосование переходит к блокчейну. Это имеет смысл, поскольку атака на физическую сеть намного более ресурсоемкая, чем атака на интернет-сеть, с добавленной стоимостью времени и человеческого капитала. Еще одна интересная мысль в этом заключается в сложности привязки учетных записей к идентичности. В биткоине сеть не заботится о том, кем вы являетесь как личность, ей всегда приходится взаимодействовать с номерами аккаунтов. Проблема создания подлинной привязки идентификационной учетной записи в настоящее время является непреодолимой, и поэтому любая идея блокчейна, которая опирается на нее, мертва изначально. Получение самоактуализации? Система на основе блокчейн может легко удовлетворить это с дополнительной прозрачностью, подотчетностью и точностью. Проблема здесь в том, что сложно заполнить базовые уровни этой сети, включая такие проблемы, как создание закрытых ключей, определяющих личность, управление закрытыми ключами и отражение атак. В конце концов, лучше физического голосования придумать трудно. Да, это неэффективно, но очень трудно атаковать.

Пример 2: Логистика цепочки поставок.

Цепочка поставок — еще один широко распространенный вариант использования технологии блокчейн. Важнейшим компонентом, который отсутствует здесь, является отсутствие мысли о «доказательствах», которые публикуются в блочной цепи. Одним из основных нововведений биткоина было то, что он был полностью проверен подлинно, поэтому только данные по биткоину имели значение для определения действительности изменений в биткоине. Хотя в предыдущем примере мы обсудили возможные решения этого вопроса, логистика цепочки поставок требует радикально большего объема внешней информации, чем даже система голосования в блокчейне. Если мы возьмем пример цепочки поставок продукции супермаркетов Walmart, мы увидим, что вся информация, которая была ранее доказана, превратилась в мусор, и, таким образом, все данные, полученные от мусора, также становятся мусором. Это даже не означает, что созданная система Walmart не создаст для них значения, но необходимо сказать, что она никоим образом не является безопасной с точки зрения вычислений, поскольку не подкреплена «доказательствами». Это означает, что Walmart создает так называемый «частный блокчейн», который на самом деле является просто базой только для его приложений. Попав в открытую сеть — этот блокчейн немедленно подвергнется нападению. Walmart в этом случае почти наверняка собирается ограничить доступ к нему и стать источником всех полномочий. PoW здесь практически не имеет смысла, поскольку нет реального способа доказать, что какой-либо вид работы был выполнен, за исключением запроса Walmart.

Пример 3: Реестры, поддерживаемые токеном (TCR).

Этот пример исключает концепцию PoW, но очень актуален для вопроса о том, что значит быть «доказательством». Виталик Бутерин считает, что TCR лучше всего работают, когда информация, которую вы переносите на блокчейн, может быть легко доказана, несмотря на то, что она не может быть проверена на основе вычислениями из информации, уже проверенной блочной цепью. Возвращаясь к примеру Walmart, если было бы относительно легко выяснить, кто выращивал овощи (т.е. если фермеры должны были бы подчиняться правительственным проверкам на количество выращенных овощей), тогда было безразлично, что это информация может быть доказана в сети. К сожалению, этот пример требует доверия со стороны правительства. Очевидно, что TCR вотумы должны создать реальность, а не доказывать ее. Тем не менее, TCR могут создавать внутренние доказательства так же, как это делает биткоин. Поскольку биткоину нужны не что иное, как подписи и UTXO, так что TCR не нужно ничего, кроме подписей и вотумов.

Заключение

Надеюсь, что вы дочитали эту статью и осознали, почему PoW является значительным новшеством в блокчейне, и перед его отменой должно быть достигнуто понимание возникающих рисков. Хотя это обстоятельство может ослабить надежды многих энтузиастов блокчейнов, оно также приносит уверенность в использовании блокчейна как базы для электронных денег. Хотя создание систем истинных доказательств, которые могут быть, в конечном счете, субъективными или дорогостоящими, может оказаться чрезвычайно сложным, PoW может по-прежнему эффективно использоваться в качестве стимула и уровня распределения ресурсов.