🇸🇰 Prečo Cardano nepotrebuje slashing

Prečo Cardano nepotrebuje slashing

Hlavná sieť Cardano (éra Shelley) bola spustená v polovici roka 2020 a zatiaľ funguje spoľahlivo a bez problémov. Za konsenzom Ouroboros Proof-of-Stake stojí množstvo vedeckej práce a prax ukazuje, že teoretické predpoklady sa zdajú byť správne. Ľudia sa pýtajú, prečo Ouroboros nemusí trestať nečestných účastníkov. Pokúsme sa na túto otázku odpovedať.

Vytváranie distribuovaného sieťového konsenzu je ťažké

Decentralizácia a bezpečnosť akéhokoľvek sieťového konsenzu sú kľúčovými požiadavkami na vytvorenie kryptomeny. Sieťový konsenzus je digitálny proces s mnohými účastníkmi. Účastníci žijú vo fyzickom svete a môžu sa správať racionálne alebo iracionálne, pokiaľ ide o najlepšie záujmy protokolu. Protokol môže motivovať racionálne správanie účastníkov, ale nemôže úplne zabrániť iracionálnemu správaniu. Účastníci sú ekonomicky odmeňovaní za racionálne správanie, ale otázkou je, či je potrebné trestať účastníkov za iracionálne správanie.

Iracionálne správanie predstavuje potenciálnu hrozbu pre protokol, pretože by mohol čeliť ťažkostiam pri vytváraní sieťového konsenzu. Účastníkov môžeme rozdeliť na racionálnych a iracionálnych (čestných a nečestných). Účastníci musia mať konsenzuálnu moc, ktorá je rozdelená nerovnomerne. V sieťach PoS si účastníci musia kupovať tokeny na otvorenom trhu. Čím vyšší počet mincí daný účastník vlastní, tým vyššiu konsenzuálnu moc má na disponovanie.

Protokol bude v rukách racionálnych účastníkov vtedy, keď budú mať vyšší podiel. V tomto prípade je zabezpečená vysoká úroveň bezpečnosti. Možno povedať, že racionálni a iracionálni účastníci bojujú o to, aby mali vyšší podiel. Akonáhle má jeden iracionálny účastník (alebo ich skupina) vyšší podiel ako všetci racionálni účastníci, potom sa stáva diktátorom s absolútnou mocou týkajúcou sa konsenzu siete.

V čase písania tohto článku sa na stávkovanie používa ~71 % mincí ADA, ktoré sú v obehu. Je to ~23 000 000 000 mincí ADA. Iracionálny účastník by musel vlastniť viac ako 11 500 000 000 mincí ADA, aby mal dominantné postavenie v sieťovom konsenze.

Doteraz sme hovorili hlavne o krátkodobej bezpečnosti sieťového konsenzu, ale nie je to jediný aspekt, ktorý treba brať do úvahy. Protokol musí zostať bezpečný aj z dlhodobého hľadiska. To znamená, že rozpočet na bezpečnosť sa musí posudzovať z dlhodobého hľadiska, aby sa zabezpečilo, že protokol bude mať dostatok zdrojov na odmeňovanie racionálnych účastníkov v nasledujúcich niekoľkých desaťročiach. Okrem toho sa musí zabezpečiť nielen bezpečnosť, ale aj vysoká úroveň decentralizácie.

Teoreticky môže protokol zabezpečiť vysokú úroveň bezpečnosti aj v prípade, že existuje len jeden diktátor. Platí to však len v prípade, že diktátor bude konať racionálne. Vo fyzickom svete sa to nedá zabezpečiť, a preto sa chceme tejto situácii vyhnúť. Nežiaducou situáciou je aj nízky počet účastníkov, pretože by sa mohli dohodnúť a začať konať nečestne. Preto len vysoká miera decentralizácie môže zabezpečiť vysokú úroveň bezpečnosti. Inými slovami, protokol musí byť odolný voči vonkajším útokom (bohatý účastník), ale aj voči vnútorným útokom (kolúzia).

Je potrebné trestať zlomyseľných účastníkov?

Odpoveď na otázku, či je potrebné trestať iracionálnych účastníkov, je široká a závisí od mnohých faktorov. Nejde len o otázku bezpečnosti, ale aj o úroveň decentralizácie a dlhodobú udržateľnosť oboch týchto vlastností. Tú je ťažké dosiahnuť.

Tímy musia pri zvažovaní konsenzu PoW alebo PoS urobiť ťažké návrhové rozhodnutia. Konsenzus PoS sa musí vysporiadať s dobre popísanými útokmi, napríklad s ničím, čo nie je v stávke, alebo s útokmi typu grinding. Vytvorenie nového bloku v sieti PoS je lacné, takže je ľahké vytvoriť alternatívne bloky. Preto môže v rovnakom okamihu existovať viac verzií a protokol musí mať definované pravidlá na výber reťazca. V mnohých implementáciách PoS sa história blockchainu môže použiť ako zdroj náhodnosti počas procesu výberu uzla, ktorý získa právo vytvoriť nový blok. Protokol musí zabrániť nečestným účastníkom manipulovať s mechanizmom náhodnosti, inak by mohli oklamať proces voľby tak, že by boli vždy zvolení.

Na rozdiel od dominantného konsenzu PoW existuje viac koncepcií PoS, ktoré tieto problémy riešia odlišne. Niektoré tímy sa domnievajú, že je potrebné zaviesť mechanizmus trestu a penalizovať nečestných účastníkov, keď hrajú proti protokolu. Protokol zvyčajne zmrazí staked coiny účastníkov na definované obdobie. Keď ostatné uzly spozorujú nekalé správanie, nekalý uzol je potrestaný odpočítaním určitého množstva mincí. Tento proces sa nazýva slashing.

Slashing je mechanizmus, ktorý núti racionálnych účastníkov dodržiavať pravidlá protokolu. Iracionálni účastníci sú si vedomí, že škodlivé správanie je penalizované, takže sú od neho priamo ekonomicky odrádzaní. Z pohľadu protokolu sa zdá byť rozumné znížiť súhlasnú silu zlomyseľných účastníkov prostredníctvom slashingu. Dá sa tak zabezpečiť, že iracionálni účastníci hrajúci zámerne proti protokolu budú ekonomicky vyšťavení.

V prípade Bitcoinu prax predchádzala formálnej teórii a modelovaniu. Tím IOHK sa rozhodol postupovať opačne. Chceli vykonať akademický výskum v oblasti teórie hier a formálnej teórie skôr, ako začali implementovať protokol. Uvažovalo sa o motivačnom modeli a navrhla sa jedinečná schéma zdieľania odmien. Schéma zdieľania odmien podporuje spravodlivé vytváranie podielových fondov a víta čo najviac účastníkov siete PoS. Tím IOHK matematicky dokázal, že všetky bezpečnostné predpoklady sú správne, a použil výsledky výskumu pred implementáciou protokolu a jeho nasadením v hlavnej sieti. Jedným z výsledkov výskumu je skutočnosť, že penalizácia zlomyseľných účastníkov nie je potrebná za podmienky, že vznikne požadovaný počet poolov a tie sú v Nashovej rovnováhe. Skôr ako budeme pokračovať, pozrime sa v krátkosti na teóriu Nashovej rovnováhy.

Nashova rovnováha

Motivačné modely sú vytvorené na základe teórie hier. Teória hier sa zaoberá štúdiom strategických interakcií medzi ľuďmi, ktorí majú prijať strategické rozhodnutie. Interakcie možno matematicky modelovať a analyzovať. Teória hier je použiteľná v mnohých oblastiach, ako sú sociálne vedy, logické systémy, informatika atď.

Nashova rovnováha sa používa na modelovanie a definovanie riešenia v hre, v ktorej hráči spolu nespolupracujú. Hra môže zahŕňať dvoch alebo viacerých hráčov. Predpokladá sa, že v Nashovej rovnováhe každý hráč pozná rovnovážne stratégie ostatných hráčov a žiadny z hráčov nemôže nič získať, ak zmení len svoju vlastnú stratégiu.

Každý hráč si musí zvoliť stratégiu a akčný plán. Väčšinou vychádza z udalostí, ktoré sa v hre doteraz stali. Ide o to, že žiadny hráč nemôže zvýšiť svoj vlastný zisk zmenou stratégie, zatiaľ čo ostatní hráči si zachovajú svoju stratégiu nezmenenú. Súbor stratégií hráčov predstavuje Nashovo ekvilibrium. Inými slovami, je ekonomicky racionálne zachovať víťaznú stratégiu a príliš sa od nej neodchyľovať. Výrazné odchýlky možno považovať za iracionálne správanie bez ohľadu na to, či boli úmyselné alebo nie.

Predstavme si, že máme dvoch hráčov. Alica a Bob si musia vybrať stratégiu. Alica si vyberie stratégiu A a Bob si vyberie stratégiu B. Nashovo ekvilibrium sa dosiahne vtedy, keď Alica nemá k dispozícii lepšiu stratégiu ako A, aby maximalizovala svoj zisk v reakcii na Boba a jeho zvolenú stratégiu B. Bob si tiež potrebuje vybrať víťaznú stratégiu a vybral si stratégiu B. Bob nemá k dispozícii lepšiu stratégiu ako B, aby maximalizoval svoj zisk v reakcii na Alicu a jej zvolenú stratégiu. Zachovanie rovnováhy je najlepšou stratégiou pre oboch hráčov, pokiaľ ide o zisk.

Rovnako to funguje, keď je hráčov viac. Ak sa do hry zapojí Carol a Dan so svojimi stratégiami C a D, potom sa dosiahne Nashova rovnováha, keď stratégia A je najlepšou voľbou pre Alicu ako odpoveď na stratégie B, C a D. Rovnaký princíp možno analogicky aplikovať na všetkých hráčov.

Teória hier je vhodná na modelovanie správania účastníkov, ktorí prevádzkujú uzly v decentralizovanej sieti. V prípade Cardano použili teoretici hier Nashovu rovnováhu na analýzu výsledku strategickej interakcie niekoľkých prevádzkovateľov poolov a ich členov. Výsledok každého rozhodovateľa závisí od rozhodnutí ostatných. Cardano je globálna decentralizovaná sieť. Prevádzkovatelia poolov a členovia poolov teda nemôžu predvídať správanie ostatných. Každé rozhodnutie sa prijíma na základe obmedzeného súboru informácií. Ak je Alica prevádzkovateľom poolu, potom môže len predpovedať, ktoré rozhodnutie urobí Bob. Alica si však nemôže byť istá. Alica môže premýšľať o myslení ostatných účastníkov a môže urobiť určité racionálne rozhodnutia týkajúce sa jej stratégie. Alica môže očakávať, že všetci ostatní prevádzkovatelia poolu sa budú správať racionálne. To isté možno povedať o delegátoroch. Je rozumné očakávať racionálne správanie, pretože účastníci sa snažia maximalizovať svoj zisk. Pre Alicu je teda jednoduché prijať svoje rozhodnutie, pretože vie, čo môžu ostatní zohľadniť, a môže predvídať ich správanie.

Systém zdieľania odmien

Protokol Ouroboros PoS môže komunikovať s ľuďmi žijúcimi vo fyzickom svete len prostredníctvom stimulov. Protokol vie, čo je v jeho najlepšom záujme, pokiaľ ide o bezpečnosť a decentralizáciu. Ľudia vedia, čo je v ich najlepšom záujme, pokiaľ ide o odmeny. Záujem protokolu a účastníkov tak môže byť zosúladený.

Cardano používa schému zdieľania odmien, ktorá podporuje spravodlivé rozdelenie odmien v prostredí s veľkým počtom účastníkov s rôznymi úlohami. V sieti Cardano sú za produkciu blokov zodpovedné pooly. K poolu sa môžu pripojiť ďalšie zainteresované strany, nazývané delegáti. Pool možno vnímať ako jednu z mnohých malých spoločností. Prevádzkovateľ poolu je manažér a delegáti sú zamestnanci. Konsenzuálna sila poolov sa zvyčajne skladá z podielu prevádzkovateľov poolov a mnohých podielov zamestnancov.

Motivačný mechanizmus možno parametrizovať tak, aby sa dosiahol požadovaný počet poolov. Základnou myšlienkou je, že keď sú účastníci správne motivovaní, potom sa na základe ich racionálneho a čestného správania dosiahne Nashovo ekvilibrium. Cieľom motivačného mechanizmu je rozkvet vysokej úrovne decentralizácie a bezpečnosti. Je potrebné zmierniť množstvo útokov, napríklad cenzúru transakcií, Sybilov útok, dominanciu jedného účastníka. Tieto vlastnosti sa musia dosiahnuť súčasne s vysokou efektívnosťou protokolu.

Systém zdieľania odmien v Cardane funguje tak, že odmeňuje prevádzkovateľov poolu a tiež delegátov. Protokol robí pravidelné snímky účastníkov a tie slúžia ako vstup pre odmeňovanie. Protokol v prvom rade poskytuje vyššiu odmenu prevádzkovateľom poolu za ich služby. Po druhé, všetci delegáti sú tiež odmeňovaní. Ekosystém Cardano je veľmi inkluzívny. Malé pooly môžu získať podobné pomerné odmeny ako veľké pooly. Zároveň existuje horná hranica, ktorá obmedzuje veľkosť bazénov. Keď pool dosiahne hornú hranicu, odmena sa zníži. Subjekt s veľkým podielom je teda nútený vytvoriť viac poolov namiesto toho, aby mal len jeden. Nový menší pool bude súťažiť s inými menšími poolmi. Delegáti sa môžu rozhodnúť, či podporia nový malý bazén subjektu, ktorý vlastní viac bazénov, alebo či podporia malý bazén, ktorý vlastní niekto iný. Je to niečo, čo prevádzkovateľ bazéna nemôže priamo ovplyvniť.

Odmeňovanie všetkých zainteresovaných strán je v skutočnosti veľmi rozumné, pretože existuje viac jednotlivcov, ktorí robia vlastné rozhodnutia. Keď sa prevádzkovateľ bazéna (manažér spoločnosti) nechová v najlepšom záujme protokolu, potom delegáti delegujú na iný bazén (zamestnanci odchádzajú zo spoločnosti). Delegáti to môžu urobiť hneď. Zlomyseľný prevádzkovateľ tak môže relatívne rýchlo stratiť moc. Nový snímok sa robí každých 5 dní a nový snímok sa používa s oneskorením jednej epochy. Predpokladajme, že prevádzkovateľ fondu sa začne správať zlomyseľne a začne tak robiť na konci aktuálnej epochy. Delegáti budú mať 5 dní na to, aby na to reagovali a opätovne delegovali svoj podiel inde. Za 10 dní môže pool stratiť významný podiel, a tým aj konsenzuálnu moc. Zároveň budú mať ostatné pooly vyššie podiely.

Vyššia decentralizácia sa dá dosiahnuť vtedy, keď je jednoduché sa pripojiť. Delegovanie aj vytvorenie nového poolu musí byť relatívne lacné. V ideálnom prípade by sa na stávkovanie mala používať väčšina mincí v obehu. V ekosystéme Cardano stačí na účasť na stávkovaní len niekoľko mincí ADA. Delegovanie nie je fixne viazané na určité obdobie a delegáti môžu svoj podiel vždy lacno preregistrovať.

Alternatívou k tomuto prístupu je zmrazenie mincí na určité obdobie a ich odrátanie v prípade nesprávneho správania. Má to niekoľko negatívnych dôsledkov. V prvom rade sú tu kryptomeny na to, aby sa dali míňať. Keď sú mince zablokované, potom to bráni ich základnej povahe. Keď zainteresovaná strana nemá dostatok mincí na vytvorenie vlastného poolu alebo validačného uzla, potom nemôže mince používať na stávkovanie. Keď sa mince dajú podseknúť, delegáti riskujú svoje mince, keď sa prevádzkovateľ poolu začne správať nesprávne. Mnohé menšie zainteresované strany to pravdepodobne nebudú chcieť riskovať. Zdá sa, že blokovanie mincí a slashing nie je najlepší prístup týkajúci sa decentralizácie. Prostredie, v ktorom sa na vytvorenie validačného uzla vyžaduje minimálny počet mincí, je tiež dosť exkluzívne. Kryptomeny sú volatilné a môže byť takmer nemožné vytvoriť nový uzol, keď cena mincí dosiahne každých niekoľko rokov nové ATH. Jediným riešením je znížiť požadovaný počet mincí.

V niektorých projektoch DPoS môžeme vidieť, že voliči môžu rozhodovať o obmedzenom počte výrobcov blokov, ktorí majú rovnakú moc. Výrobcovia blokov sa vyberajú zo súboru kandidátov. Motivácia hlasujúcich sa často nezohľadňuje. V dôsledku toho môžeme pozorovať nízku účasť hlasujúcich. O výrobcoch blokov tak môže rozhodovať len malý počet mincí. Keďže odmeňovaní sú len výrobcovia blokov, tí sa stávajú bohatšími. Okrem toho môžu hlasovať jeden za druhého. To znamená, že Alica ako producent blokov môže hlasovať za Boba, ktorý je tiež producentom blokov. Bob na oplátku hlasuje za Alicu. Sieť s obmedzenou množinou výrobcov blokov s rovnakým výkonom môže byť veľmi efektívna, pokiaľ ide o škálovateľnosť, ale obetuje sa decentralizácia. Navyše môže byť relatívne lacné byť zvolený a potom sa správať zlomyseľne.

Systém zdieľania odmien v Cardane proporcionálne odmeňuje všetky zainteresované strany za ich účasť. Zainteresované strany sú odmeňované každých 5 dní. Delegovanie mincí ADA do poolu možno považovať za určitú formu hlasovania. Delegáti rozhodujú o rozdelení odmien s daným fondom. Bazén dostáva odmeny len za služby, ktoré sú v súlade s najlepšími záujmami protokolu. Delegáti sa správajú racionálne a vyberajú si pooly, ktoré im generujú odmeny. Prevádzkovatelia poolov sú závislí od delegátov a veľkosť ich odmeny závisí od celkového podielu ich poolov. Prevádzkovatelia bazénov sú teda tiež motivovaní správať sa racionálne. Medzi protokolom, prevádzkovateľmi združení a delegátmi existuje krásna symbióza.

Záver

Zjednodušene povedané, Cardano nepotrebuje slashing, pretože má jedinečnú schému zdieľania odmien, ktorá podporuje vysokú úroveň decentralizácie v prostredí, kde sú všetky zainteresované strany ekonomicky motivované správať sa racionálne. Protokol ekonomicky motivuje existenciu požadovaného počtu poolov. Nashovo ekvilibrium je predpis stratégie pre každého racionálneho účastníka s vlastnosťou, že ak sa ňou ostatní hráči riadia, pre racionálneho hráča nemá zmysel sa od nej odchýliť. Okrem toho je ekosystém Cardano vysoko inkluzívny a delegáti majú kontrolu nad svojimi mincami a môžu tiež lacno zmeniť svoje rozhodnutia týkajúce sa delegovania. Delegovanie je navyše bezrizikový proces. V takomto prostredí je iracionálne správať sa zlomyseľne a možno očakávať, že iracionálni účastníci budú tvoriť len okrajovú skupinu. Keď je väčšina mincí ADA v rukách racionálnych účastníkov, potom majú iracionálni účastníci malú moc. Bezpečnosť systému Cardano rastie s distribúciou mincí ADA.

V prípade, že by zlomyseľní účastníci boli ochotní prísť o peniaze, slashing by pravdepodobne veľmi nepomohol. Mať potrebnú konsenzuálnu moc na spôsobenie škody v decentralizovanej sieti je vždy o tom, že máte potrebné množstvo zdrojov a ochotu stratiť peniaze. Tomuto typu útoku sa nedá zabrániť. Je možné dosiahnuť stav, keď sieť útok prežije a útočník bude ekonomicky vyšťavený. Bolo by pomerne jednoduché implementovať slashing do protokolu Cardano. V súčasnosti sa zdá, že to nie je potrebné a hlavná sieť funguje bezchybne aj bez toho.


(Napísal @Cardanians.io ) - preklad @Martin.M
Pôvodný článok: Why Cardano does not need slashing