Что такое Casper: дружелюбное привидение Ethereum

Casper – это ожидаемое многими обновление сети Ethereum, представляющее собой протокол Proof of Stake (PoS), который будет использоваться для подтверждения блоков в блокчейне Ethereum (Произойдет ли конец майнинга Ethereum?)

Casper, сын GHOST

В какой-то степени Casper является дочерним проектом GHOST (Greedy Heaviest Observed Subtree, «Жадное и самое весомое видимое поддерево«).

Этот протокол, внедрённый в экосистему Ethereum в 2013 году, предназначен для борьбы с централизацией.

В быстрых блокчейн-сетях иногда создаются устаревшие блоки, также известные как «осиротевшие» блоки. В Ethereum они называются «дядями«, чтобы отличать от родительских и дочерних блоков.

Блоки-«дяди» проходят проверку как действительные, но сеть отбрасывает их, поскольку доминирующей становится самая длинная цепочка.

Если выигрывать всегда будут только самые быстрые и мощные майнеры, создающие самую длинную цепочку, сеть неизбежно станет централизованной.

Поэтому команда Ethereum решила выплачивать вознаграждение и за создание «дядей«, чтобы решения в сети принимались большим количеством нод, а не только самыми сильными.

Консенсусные протоколы, которые наводят ужас по ночам

В блокчейне документируется неизменяемая истинная информация, поэтому первостепенной задачей становится добавление нового блока с минимальным потенциалом для махинаций.

Консенсусные протоколы определяют, как в цепочку добавляются блоки. Proof of Work (PoW) и Proof of Stake (PoS) являются наиболее часто встречающимися консенсусными протоколами.

В PoW майнеры добавляют блоки в блокчейн, решая вычислительную головоломку, которая должна выиграть в соревновании против других майнеров.

Майнеры с более мощным и быстрым оборудованием имеют преимущество. Это расшатывает децентрализацию сети и открывает уязвимости в безопасности.

PoS использует концепции из теории игр, создавая стимулы для хорошего поведения и минимизируя недобросовестные действия.

Вместо того, чтобы заставлять майнеров конкурировать друг с другом, PoS предоставляет валидаторам, разместившим депозит (ставку), полномочия предлагать блоки для добавления.

Если валидатор действует недобросовестно, он получает наказание, и его депозит уменьшается.

PoW на практике потребляет большое количество электроэнергии.  Кроме того, майнерам приходится покупать самое мощное оборудование, чтобы максимально увеличить свои шансы на победу в состязании.

Реализации PoS уменьшают или потенциально устраняют ограничительные затраты на оборудование и энергию.

Переход с кладбища

Протокол Casper представляет собой алгоритм PoS для Ethereum. Валидатор помещает свою ставку в смарт-контракт.

Это позволяет ему управлять нодой для участия в консенсусном алгоритме для предложения новых блоков в цепочку.  Это поддерживает работу сети.

Casper the Friendly Finality Gadget (CFFG, дружелюбный инструмент финализации) завершает блоки в цепочке.

Валидаторы получают вознаграждение за добросовестное поведение, но система может конфисковать часть депозита, если валидатор окажется замечен в недобросовестных действиях.

Каспер обеспечивает подотчётность, обнаруживая нарушения, затем выясняя, какие из валидаторов нарушают правила, и наказывая этих нарушителей.

Протокол также обеспечивает безопасный процесс для входа в систему новых валидаторов и выхода из неё существующих валидаторов. Системы безопасности являются неотъемлемой частью Casper.

Casper существует в виде независимого модуля на базе механизма предложения. В случае Ethereum базовым механизмом на данный момент является PoW.

Первая итерация Casper будет размещена поверх существующего консенсусного механизма PoW. Это сделает систему гибридной – PoW/PoS.

Лежащий в основе системы механизм PoW поддается обновлению в будущем. Компонент PoW может быть заменён на что-то вроде циклического или карусельного перебора.

Что это за скрипучий звук

С точки зрения безопасности также верно, что Casper, как модульная надстройка, окажется бессилен, если злоумышленники скомпрометируют или повредят механизм предложения блока, на котором он основан.

Пока Casper продолжает получать действительные и разумные данные от механизма предложения, он будет функционировать как обычно.

Безопасность алгоритма PoS основана на концепциях теории игр, связанных с поощрениями и наказаниями.

Таким образом, безопасность зависит от размера депозитов, вложенных в систему валидаторами. Риск равен вознаграждению.

Если нечестный валидатор видит возможность украсть 5 эфиров, но знает, что это будет стоить ему 100 эфиров из его ставки, он будет вести себя честно.

И наоборот, если нечестный валидатор видит возможность украсть 100 эфиров, но из его залога будет конфисковано всего 5 эфиров, он может решить, что риск вполне оправдан.

Громыхание цепей

Являясь сетевым механизмом, Casper должен обеспечивать целостность цепочки и всегда оставаться в рабочем состоянии.

Выражения «подотчётная безопасность» и «убедительная жизнеспособность» определяют два фундаментальных свойства Casper.

«Подотчётная безопасность» не допускает подтверждения двух конфликтующих контрольных точек, если правила не будут нарушены как минимум 1/3 валидаторов.

«Убедительная жизнеспособность» гарантирует постоянное наличие возможности финализировать новую контрольную точку без нарушения каких-либо правил валидаторами, если протокол будет соблюдать не менее 2/3 валидаторов.

В стандартных конструкциях PoW самая длинная цепочка всегда является решающей. Casper более сложен, и существуют крайние случаи, когда простое использование самой длинной цепи может повредить работе системы.

Поэтому в Casper реализуется более сложная логика, согласно которой рассматриваются контрольные точки на древовидной структуре корневых нод и выбирается самая длинная цепочка, отвечающая нужным критериям.

Что-то просвистело мимо двора-блокчейна

Casper тесно связан с теорией игр, и разработка протокола имеет сильную зависимость от исследований и математических расчётов.

Это сложная система,состоящая из многих деталей.

15 ноября 2017 года Виталик Бутерин и Вирджил Гриффит опубликовали технические подробности о системе в документе под названием «Casper Friendly Finality Gadget«, который можно найти здесь:  Casper The Friendly Finality Gadget.

Другой документ, не имеющий даты и, по-видимому, более ранний, использующий то же самое название, но содержащий совсем другой контент и написанный лично Виталиком Бутериным, находится на персональном веб-сайте Виталика.

В этом документе рассматривается несколько дополнительных потенциальных уязвимостей, с которыми помог бы справиться Casper. Найти его можно здесь:  Casper The Friendly Finality Gadget

Введение в Casper, написанное Владом Замфиром, появилось в блоге Ethereum 1 августа 2015 года:  Представление Каспера, «дружелюбного привидения».

Что сказать напоследок

Консенсусный алгоритм PoW очень успешен. Блоки встраиваются в цепочку, и пользователи доверяют точности данных в полученной цепочке.

Тем не менее, этот процесс довольно медленный, потребляет много электроэнергии, и для того, чтобы сохранять конкурентоспособность, майнерам приходится тратить деньги на мощное оборудование.

В подходе к PoS от Casper используется теория игр, чтобы устранить эти проблемы и обеспечить безопасность.

Casper может столкнуться с некоторыми неприятностями, но, благодаря гибкости механизма модульной надстройки, исправление проблем и усовершенствование кода становится гораздо проще.

Как минимум, Casper предлагает инновационное мышление, основанное на исследованиях и математических расчётах, и, скорее всего, предоставит идеи для дальнейшего развития.