Что общего между PoW и PoS и чем они отличаются (часть 2)

Это вторая часть перевода английской статьи, начало находится тут

Сравнение безопасности PoW биткойна и PoS Cardano

Как только в PoS выбран лидер слота, создание блока почти ничего не стоит. Это является причиной возникновения известной проблемы “Nothing on stake” (ничего на кону), когда вредоносный узел может случайным образом попытаться создать дополнительные ветви цепочки любой длины только по причине того, что создание блока ничего не стоит. Но как мы уже объясняли, злоумышленник не может случайным образом сгенерировать случайную цепочку, которая была бы основана на том же самом блоке генезиса, так как состав лидеров слотов все еще остается тем же с самого начала. Обратите внимание, что каждый лидер слота имеет два набора ключей: свой собственный закрытый ключ, принадлежащий узлу, и специальный набор ключей подписи блока, производный от закрытого ключа. Закрытый ключ узла используется в качестве входных данных для генерации ключа KES. Мошенник должен был бы каким-то образом подкупить реально существующие узлы, которые были лидерами в то время, и получить их ключи, которые уже были удалены. Безопасность PoS полностью основывается на передовой криптографии. Ключ Evolving Signature позволяет узлу генерировать новый секретный ключ до записи нового блока. Таким образом, любой секретный ключ используется только один раз для подписи блока, и после этого он удаляется. Для воссоздания закрытого ключа потребуется расход огромного количества энергии. Большее количество, чем то, которое расходуется на создание одного блока в PoW. С точки зрения 51% атаки, безопасность PoS очень похожа на PoW. Если большинство участников консенсуса честны, то блокчейн остается неизменным и безопасным. Сеть PoW потребляет энергию для защиты блокчейна как части создания блока, в то время как PoS использует криптографию. Чтобы взломать криптографию, потребуется значительное количество энергии, чтобы воссоздать необходимые закрытые ключи, которые позволят совершить атаку.

Бюджет безопасности

Создание бюджета безопасности является обязательным требованием публичных децентрализованных сетей, поскольку они по своей сути уязвимы для 51% - ной атаки. Сеть поддерживается добровольцами со всего мира, которые экономически мотивированы вести себя честно. Таким образом, нападение является вопросом технической осуществимости и стоимости. Вектор атак очевиден. Как только у злоумышленника появляется необходимая сумма денег, чтобы купить необходимый ресурс для атаки, у него появляется солидный шанс на успех, так как он может получить доминирующее положение в сети консенсуса. Таким образом, вопрос сужается до того, насколько дорогостоящей является атака.

В PoW биткойна бюджет безопасности состоит из вновь созданных монет и комиссий за транзакции:

БЮДЖЕТ БЕЗОПАСНОСТИ = НОВЫЕ МОНЕТЫ + КОМИССИИ ЗА ТРАНЗАКЦИИ

Чтобы мотивировать майнеров вести себя честно, бюджет безопасности должен быть выше, чем стоимость майнинга, чтобы удовлетворить потребности майнеров и обеспечить маржу. Давайте посмотрим, насколько высок ежедневный бюджет безопасности:

HW ЗАТРАТЫ + ОПЕРАЦИОННЫЕ ЗАТРАТЫ ≤ БЮДЖЕТ БЕЗОПАСНОСТИ

Предлагаем упростить расчет, чтобы учесть ежедневные эксплуатационные расходы (операционные затраты). Также предлагаем пренебречь ценой ASIC-майнера, предполагая, что его можно нанять или злоумышленник купил более старые устройства. Не поймите нас неправильно, стоимость оборудования может быть значительной, но есть описанные векторы атаки, когда мошенник может злоупотреблять существующим хэш-рейтом для атаки.

Биткойн добавляет 144 новых блока в блокчейн в день. Вознаграждение за блок составляет 6,25 BTC в 2020 году после халвинга. Таким образом, сеть создает 900 новых монет в день. Сбор комиссии за блок составляет примерно 0,2 BTC, так что в общей сложности это ~30 BTC в день. Бюджет безопасности Биткойн-протокола составляет ~930 BTC в день. Цена BTC на момент написания статьи составляет 9 700, так что ежедневный бюджет безопасности биткойна составляет примерно 9 млн.

Как мы уже говорили, мошенник нуждается в оборудовании для атаки, поэтому стоимость атаки выше. Давайте теперь посмотрим на бюджет безопасности PoS Cardano.

Сеть Cardano не обязана напрямую поддерживать бюджет безопасности, выплачивая вознаграждение за блоки как способ обеспечения своей защиты. Вознаграждение выплачивается в конце каждой эпохи всем операторам пула и держателям токенов. Бюджет безопасности всегда присутствует во всех токенах, которые фактически используются для делегирования. Это суммарное количество токенов ADA, принадлежащих операторам пулов, и токенов, делегированных пулам держателями токенов. Стоимость атаки можно рассчитать следующим образом:

СТОИМОСТЬ АТАКИ > ~ДЕЛЕГИРОВАННЫЕ ТОКЕНЫ / 2

Злоумышленнику нужно больше половины токенов ADA, чтобы иметь возможность совершить атаку. Можно предположить, что большинство токенов будет использоваться для делегирования, но однозначно не все токены. Злоумышленник должен купить токены ADA на открытом рынке, и можно предположить, что спрос подтолкнет рост цены. Это сделало бы атаку очень дорогостоящей. Давайте теперь подсчитаем стоимость атаки. На момент написания статьи капитализация Cardano составляла примерно 2 100 000 000 долларов. Предположим, что половина токенов ADA будет использована для делегирования. Было бы 1,050,000,000 долларов. Злоумышленнику потребуется по меньшей мере 525 000 000 долларов, если предположить, что можно будет купить все монеты ADA по одной и той же цене.

И PoW, и PoS зависят от рыночной цены монет. Халвинг - это механизм, который уменьшает размер вознаграждения за блоки каждые 4 года. Таким образом, вознаграждение за блок постепенно уменьшается, и ожидается, что либо цена будет настолько высока, что бюджет безопасности будет в порядке, либо транзакционные комиссии покроют стоимость майнинга. В Cardano нет ничего похожего на халвинг. Новые монеты будут выпущены в течение нескольких первых лет работы сети, а затем только транзакционные комиссии будут использоваться для вознаграждения операторов пулов и держателей токенов.

Поддерживать сеть PoW в рабочем состоянии очень дорого по сравнению с PoS. Таким образом, PoS-сеть с большей вероятностью выживет в долгосрочной перспективе, при условии обработки существенного количества транзакций. При этом плата за транзакцию может быть низкой, и сеть заработает достаточное количество токенов ADA, чтобы вознаградить операторов пулов и держателей токенов. Таким образом, безопасность не будет скомпрометирована халвингом или другими подобными механизмами. Биткойн-протокол, вероятно, никогда не будет масштабироваться на первом уровне, поэтому плата за транзакции, скорее всего, вырастет в будущем. Это может быть даже сотни долларов после нескольких халвингов.

Децентрализация

Одним из возможных способов измерения децентрализации является определение количества пулов в сети. Узлы, настроенные на создание блоков, являются наиболее важными в сети и имеют право выбирать транзакции, которые будут включены в блоки. Они также могут выбрать цепочку блоков для добавления нового блока в случае возникновения форка. Полные узлы могут проверять произведенные блоки, но нет механизма, который позволил бы не соглашаться с произведенным блоком. Давайте предположим, что операторы пула решили изменить правила протокола. Полный узел может отклонить предложенные блоки, если они не являются валидными. Тем не менее, когда узлы операторов пула считают блоки валидными и добавляют их в блокчейн, то нет никакого возможности, при которой владельцы полных узлов могли бы протестовать. Им просто нужно обновить свой клиент и принять новые правила протокола. Если операторы пула решат игнорировать некоторые транзакции по какой-либо причине, то полные узлы не смогут убедить операторов пулов изменить свое решение. Вы можете рассматривать операторов пула как диктаторов. Единственный способ ослабить их власть - это гарантировать, что их будет огромное количество по всему миру.

В PoW сети, нет механизма протокола, способного регулировать количество пулов в сети. Поскольку каждый оператор пула всегда стремится максимизировать прибыль, они должны получить силу консенсуса. Мелкие майнеры хотят получать вознаграждение как можно чаще, поэтому они делегируют хэш-рейт самым большим пулам. Как показала история, в сети Биткойн есть только несколько больших пулов и несколько маленьких пулов. Тенденция очевидна. Большие пулы захватывают все большее и большее количество власти консенсуса, а маленькие пулы постепенно исчезают. Очень трудно поддерживать высокий уровень децентрализации, если она зависит от ресурсов, которые можно купить на рынке. К сожалению, в экосистеме криптовалют всегда будут крупные игроки.

POS-протокол Cardano обладает тем преимуществом, что у него есть ресурс, используемый для определения мощности консенсуса. Он может быть настроен так, что покажет сколько токенов ADA оператор пула должен делегировать, чтобы быть конкурентоспособным. Максимальный стейк пула также может регулироваться таким образом, что если ставка больше, то она не приносит больше вознаграждений. Если пул слишком большой, то в определенный момент он становится перенасыщенным. Сеть уменьшает вознаграждение для перенасыщенных пулов. Таким образом, оператор пула может либо делегировать заработанные токены в другое место, либо продать их. Меньшее количество токенов не может увеличить силу консенсуса оператора. Оператору нужно большее количество токенов, чтобы иметь возможность управлять другим конкурентным пулом. Система немного сложнее, но можно ожидать, что мы увидим несколько сотен пулов с размером, близким к точке насыщения.

Если мы определим индекс децентрализации, который будет основан на количестве пулов, создающих по крайней мере несколько блоков в день, то биткойн достигнет отметки от 10 до 20 пулов. Очень вероятно, что в течение года мы увидим 1000 пулов в сети Cardano. Таким образом, мы можем сказать, что Cardano будет примерно в 50 раз более децентрализованным, чем биткоин. Это очень важно для сети Cardano по соображениям безопасности. Узлы, производящие блоки, должны удалять ключи, которые использовались для подписания блоков. Безопасность сети Cardano возрастает вместе с децентрализацией. В идеальном случае в мире будет насчитываться 1000 автономных и независимых операторов пулов. Злоумышленнику будет очень трудно скомпрометировать их все, чтобы получить секретные ключи. Кроме того, невозможно украсть ключи, которые были удалены в прошлом.

Децентрализация - это динамичный процесс, и он будет развиваться с течением времени. Сеть может быть децентрализована в самом начале, и по мере появления различных внешних факторов она может стать централизованной. Возможно, потребуется обновить параметры протокола, чтобы гарантировать, что сеть останется децентрализованной на протяжении десятилетий. Эта задача ложится на плечи команды. И, конечно, чтобы сохранить сеть децентрализованной, команда должна прислушиваться к сообществу. Биткойн определенно был более децентрализован, когда многие люди майнили BTC на ноутбуках. В настоящее время существуют пулы и ASIC-майнеры. Результатом этого является то, что сеть довольно централизована. Это эволюция, с которой основная команда столкнулась и должна что-то с ней сделать.

Децентрализация власти консенсуса

Мы могли бы взглянуть на децентрализацию с точки зрения распределения ресурсов, необходимых для достижения консенсуса. Чтобы иметь консенсус власти в сети PoW, индивидуум должен платить за электричество, которое преобразуется в хэш-рейт. В PoS-сети необходимо покупать нативные токены ADA. И то и другое можно купить за фиатные деньги.

Стоимость электроэнергии отличается во всем мире, поэтому производство биткойна централизовано в странах, где затраты на бизнес низкие. Более того, входить в майнинговый бизнес и конкурировать с крупными майнинговыми площадками очень рискованно. Купить ASIC-майнер дорого и в сочетании с затратами на электроэнергию, майнинг во многих странах невыгоден. Таким образом, власть консенсуса находится в руках нескольких людей, владеющих большими майнинговыми площадками. Кроме того, операторы пулов часто владеют майнинговыми площадками, поэтому их консенсусная сила еще больше.

В экосистеме Cardano каждый владелец ADA является заинтересованным лицом. Каждый держатель токенов может делегировать монеты произвольному пулу и таким образом увеличить силу консенсуса пула. Можно сказать, что децентрализация сети возрастает с распространением токенов ADA среди людей. Токены ADA имеют одинаковую рыночную стоимость во всем мире. Таким образом, нет никаких ограничений в покупке ADA. Каждый владелец ADA активно участвует в децентрализации сети. Даже один ADA может быть делегирован в пул. Когда держатель токенов делегирует токены ADA пулу и пул успешно производит блоки, то оператор пула и держатели токенов, которые делегировали свои токены в этот пул, получают вознаграждение. Пассивный доход может быть привлекательным для пользователей, поэтому можно предположить, что будет естественный спрос на токены ADA.

Как PoW, так и PoS-сети - это системы, в которых отдельные лица делегируют полномочия консенсуса пулам. Как мы уже говорили, важно стремиться к тому, чтобы в сети было больше операторов пулов. Важно также распределить власть консенсуса среди как можно большего числа людей. PoS лучше в этом плане, чем PoW, так как в PoS каждый пользователь держит часть власти в сетевом консенсусе. Держатели ADA по сути одновременно являются и владельцами сети. То же самое нельзя сказать о системе PoW, где майнинг - это отдельный бизнес, а держатели BTC не имеют власти в сетевом консенсусе.

Резюме

Основной принцип наличия одного производителя блоков и многих валидаторов блоков в определенном моменте времени одинаков как для PoW, так и для PoS-сетей. Это, пожалуй, единственное сходство, а все остальное кардинально отлично. Биткойн функционирует уже более 10 лет. Cardano должен будет показать миру, что PoS - это удачная альтернатива, которая может быть более децентрализованной, чем сети PoW, а также более безопасной. У нас нет никаких сомнений в этом. Мы верим, что Cardano покажет все свое великолепие.