Отложенное доказательство работы (dPoW): Решение проблем фундаментальной безопасности блокчейна

Введение

Delayed Proof of Work (dPoW) - это протокол безопасности, разработанный компанией Komodo, поставщиком технологий с открытым исходным кодом. Этот механизм безопасности основан на Proof of Work (PoW), который является самым передовым протоколом безопасности в экосистеме блокчейн, что подтверждается его применением в таких высокозащищенных сетях, как Bitcoin и Litecoin.

Чтобы понять значение и основные принципы отложенного доказательства работы (dPoW), необходимо сначала разобраться в принципах работы доказательства работы (PoW) и причинах его признания в качестве основного метода защиты децентрализованных блокчейнов. Кроме того, для того чтобы полностью оценить смысл внедрения отложенного доказательства работы (dPoW) и преимущества, которые оно дает, необходимо тщательно изучить недостатки и ограничения, связанные с доказательством работы как подходом к обеспечению безопасности.

Понимание отложенного доказательства работы (dPoW)

Источник: GitBook

Delayed Proof of Work (dPoW) - это вторичный механизм консенсуса безопасности, разработанный для улучшения обычного механизма Proof of Work, используемого в нескольких блокчейнах, включая такие известные примеры, как Bitcoin.

dPoW предназначен для защиты блокчейна от 51% атак, представляющих угрозу целостности сети. Это достигается путем интеграции хэшрейта внешней сети Proof of Work (PoW) в существующий механизм консенсуса другой сети с более низким хэшрейтом, что экономически затрудняет атаку на сеть.

Komodo - первая блокчейн-платформа, которая ввела использование отложенного доказательства работы (Delayed Proof of Work) в качестве механизма консенсуса. Чтобы узнать больше, ознакомьтесь с нашей предыдущей статьей об отложенном подтверждении работоспособности. В данной статье мы более подробно рассмотрим технический аспект DPoW.

Основополагающее обсуждение безопасности блокчейна

Сила блокчейна заключается в жестких мерах безопасности - фундаментальном аспекте, который поддерживает его децентрализованную структуру.

Блокчейн использует криптографические методы для защиты транзакций и поддержания неизменяемой бухгалтерской книги. Однако критически важным фактором в обеспечении безопасности блокчейна является его механизм консенсуса. И чтобы подробно обсудить безопасность блокчейна, очень важно иметь четкое представление о механизмах консенсуса.

Что такое механизм консенсуса?

Источник: C# Corner

Блокчейн работает как децентрализованная одноранговая система, которая требует принятия решений без центрального лидера или авторитетной фигуры. Ключ к достижению этого лежит в "Механизме консенсуса".

В отличие от централизованных систем, где центральный администратор следит за управлением и обновлением базы данных, децентрализованные системы распределяют эту ответственность между несколькими узлами. Эти узлы должны коллективно прийти к соглашению, согласовав действительность транзакций - отсюда и термин "консенсус".

Необходимость в консенсусе возникает из-за независимости блокчейна от единственного источника истины. Механизм консенсуса гарантирует, что все узлы согласны с легитимностью транзакции. Как только транзакция будет одобрена всеми узлами, она будет записана в блокчейн.

В сетях Blockchain используются различные виды консенсуса, каждый из которых служит общей цели - обеспечить точность и честность записей. Среди наиболее распространенных вариантов - механизмы консенсуса Proof of Work и Proof of Stake.

Механизм консенсуса Proof of Work (PoW)

Источник: SpringerLink - Анализ того, как работает механизм Proof of Work

Proof of Work работает как алгоритм или система, требующая значительных вычислительных усилий, чтобы сдержать или устранить мошенников, использующих вычислительные мощности. В этой системе данные о транзакциях хранятся в блоках. Чтобы подтвердить транзакцию, необходимо решить сложную математическую задачу, связанную с каждым блоком. Этот процесс, обычно называемый "майнингом", обычно осуществляется мощными компьютерами. Майнер, который первым успешно решит задачу, получает криптовалютное вознаграждение.

Реализация Proof of Work служит средством обеспечения согласованности базы данных в сети блокчейн. Такие криптовалюты, как Bitcoin и Litecoin, полагаются на механизм Proof of Work. Однако его главным ограничением является высокая вычислительная мощность, необходимая для добычи блоков.

Когда Proof of Work был представлен в 2009 году, он был специально разработан для решения проблемы двойных трат.

Что такое двойная трата?

Источник: Bitpanda - Проблема двойной траты и как протокол Биткойна решает ее

Проблема "Двойной траты" относится к способности компьютеров бесконечно дублировать информацию. Этот вопрос особенно актуален при работе с финансовой ценностью, которая предполагает запись владельца, времени владения и кошелька, где хранится ценность. Очень важно, чтобы при передаче финансовых ценностей от человека А к человеку Б, человек А не мог продублировать деньги и отправить их человеку В.

Алгоритм консенсуса Proof of Work был разработан для решения проблемы двойной траты. В сети Биткойн майнеры выполняют доказательство работы каждый раз, когда в блокчейн добавляется новый блок. Чтобы добавить новый блок в цепочку блоков, майнерам по всему миру придется участвовать в случайной игре на угадывание, чтобы найти пароль блока для проверки.

Этот пароль непредсказуем и может быть только угадан. Чтобы взломать этот сложный пароль, механизм консенсуса заставляет майнеров конкурировать за право добывать новый действительный блок. Поэтому в сети PoW майнер не может сразу же создать новый действительный блок и потребовать вознаграждение; он должен конкурировать, сначала выполнив необходимую работу. Именно этот соревновательный процесс привел к названию механизма консенсуса протокола Bitcoin - Proof of Work (PoW).

Особенности механизма консенсуса PoW

Источник: Investopedia - Особенности сети PoW и то, как она проверяет транзакции в сети блокчейн

• Главной особенностью механизма Proof of Work (PoW) является его акцент на безопасности. Эта система включается в криптовалютные проекты с главной целью - обеспечить надежную, безопасную, постоянную, справедливую и прозрачную структуру, которая устанавливает консенсус на основе вклада участников в сеть. На данный момент Proof of Work является самым безопасным механизмом консенсуса в экосистеме блокчейн.
• В контексте Proof of Work любое неправильное поведение майнера может привести к тому, что ему будет запрещено пытаться добавлять новые блоки в будущем. Более того, майнеру очень сложно атаковать систему PoW. Например, попытка создания мошеннических транзакций потребует от майнера контроля над 51% мощности сети, что эквивалентно сотням миллиардов долларов в аппаратном обеспечении на сегодняшний день. А это практически невозможно.
• В рамках механизма Proof of Work майнеры распространяют информацию о транзакциях при добавлении новых блоков в сеть. Впоследствии другие узлы сети независимо проверяют транзакцию, чтобы убедиться, что передаваемые активы не были потрачены дважды.

Эти особенности представляют собой лишь некоторые из вкладов, которые механизм Proof of Work внес в сеть Биткойн. Тем не менее, несмотря на то, что этот механизм признан самым безопасным в сфере блокчейна, он не лишен недостатков, которые мы рассмотрим далее в этой статье.

Что такое отложенное доказательство работы (dPoW)?

Отложенное доказательство работы (dPoW) - это механизм консенсуса, разработанный компанией Komodo для решения проблем, присущих сети доказательств работы. Это улучшенная версия механизма консенсуса PoW, которая использует хэш-мощность блокчейна Биткойна для повышения безопасности сети. Это усовершенствование не только укрепляет собственную сеть Komodo, но и расширяет ее защитные возможности на все сторонние сети, участвующие в экосистеме Komodo в будущем.

Важно отметить, что dPoW не ограничивается конкретной сетью; его можно реализовать для любого проекта, который хочет разработать независимый блокчейн, используя модель UTXO.

Как работает dPoW?

Давайте рассмотрим Komodo в качестве примера.

Источник: FPX Russia on X App - Подробный анализ того, как служба безопасности Komodo защищает от 51% атак

Компания Komodo разработала и внедрила механизм безопасности dPoW в код Zcash(ZEC), криптовалюты, в которой особое внимание уделяется конфиденциальности и анонимности пользователей. Интеграция dPoW позволяет Zcash использовать как конфиденциальность с нулевым знанием, так и повышенную безопасность сети, используя мощный хэшрейт блокчейна Биткойна.

Каждые десять минут система Komodo делает снимок своего блокчейна. Затем снимок будет записан в блок в сети Биткойн посредством процесса, называемого нотариальным заверением.

Нотариальное заверение происходит, когда информация записывается и защищается путем переноса ее с одного блокчейна на другой с помощью надежной инфраструктуры безопасности. Таким образом, при захвате моментального снимка блокчейна Komodo будет создана полная резервная копия всей системы Komodo, которая будет сохранена в блокчейне Bitcoin.

В техническом смысле нотариальные узлы, избранные сообществом в Komodo, занимаются тем, что записывают хэш блока из каждого блокчейна, защищенного dPoW, в бухгалтерскую книгу Komodo. Этот процесс достигается путем выполнения транзакции на блокчейне Komodo. Нотариальные узлы используют команду OP_RETURN - специальный скриптовый опкод, встречающийся в Биткойне и его производных, - для хранения хэша одного блока в блокчейне Komodo. Сохраненный хэш блока служит ссылкой или доказательством состояния защищенных блокчейнов в определенный момент времени.

Нотариальные узлы выбирают хэш блока десятиминутной давности, чтобы гарантировать единогласное согласие всей сети с тем, что блок все еще действителен. В системе dPoW от Komodo, хотя каждая сеть блокчейна самостоятельно достигает консенсуса для каждого блока, нотариальные узлы не принимают непосредственного участия в процессе консенсуса. Вместо этого они просто записывают хэш блока из уже добытого блока.

Источник: Steemit - Подробное описание функционирования dPoW

После записи хэшей блоков из различных цепочек Komodo нотариальные узлы будут записывать хэш блока из блокчейна Komodo в бухгалтерскую книгу Bitcoin. Для выполнения этой операции выполняется транзакция Bitcoin, и команда OP_RETURN используется для интеграции соответствующих данных в блок в цепи Bitcoin.

После завершения процесса нотариального заверения в Bitcoin нотариальные узлы в Komodo передают данные блока из цепочки Bitcoin обратно в блокчейн каждой другой защищенной цепочки в системе Komodo. После этого шага сеть становится устойчивой к любым попыткам изменить или реорганизовать блоки, прошедшие нотариальное заверение.

Этот процесс наделяет систему Komodo устойчивостью к атакам, позволяя ей восстанавливаться, даже если выбранная PoW-сеть столкнется с трудностями.

Разница между PoW и dPoW

Алгоритм Proof of Work широко признан как наиболее безопасная сеть в экосистеме блокчейн. Его структура играет важную роль в сдерживании потенциальных атак, в том числе распределенных атак типа "отказ в обслуживании" (DDoS). Хотя производство Proof of Work связано со значительными затратами, процесс его проверки прост, как объясняется в процессе майнинга, описанном ранее.

Надежная безопасность, присущая системе Proof of Work, обусловлена значительными финансовыми вложениями и вычислительными мощностями, связанными с процессом добычи. PoW полагается исключительно на сетевой консенсус для подтверждения транзакций.

Однако именно эти качества также являются недостатком алгоритма консенсуса PoW. Безопасность PoW напрямую зависит от количества вычислительных мощностей, выделенных на ее выполнение. Это означает, что небольшие сети блокчейн по своей сути менее безопасны, чем их более крупные собратья.

В отличие от PoW, dPoW служит другой цели - он не используется для достижения консенсуса по новым блокам, и поэтому он не классифицируется как алгоритм консенсуса. Скорее, он функционирует как алгоритм безопасности. Как только сеть dPoW проходит процедуру нотариального заверения, она становится устойчивой к любым попыткам изменить или реорганизовать блоки. Эта характеристика значительно повышает его безопасность, делая его более устойчивым к атакам 51% и атакам Genesis.

В механизме консенсуса Proof of Work с задержкой есть примечательная особенность, связанная с проверкой транзакций. В отличие от обычных PoW-сетей, где правило самой длинной цепи является стандартом для подтверждения транзакций, в dPoW это правило не применяется к транзакциям старше самой последней "резервной копии" сети блокчейн. Поэтому в случае конфликтов механизм консенсуса dPoW не полагается на правило самой длинной цепи; вместо этого он ссылается на резервные копии, хранящиеся в выбранном блокчейне PoW, чтобы точно определить историю транзакций. Такой подход обеспечивает дополнительный уровень безопасности и надежности при проверке транзакций в сети блокчейн.

Чтобы скомпрометировать небольшой блокчейн в системе Komodo, злоумышленнику нужно уничтожить его:

• Все копии блокчейна Komodo
• Все копии блокчейна dPoW
• Сеть безопасности выбранного блокчейна PoW, где хранятся резервные копии

Такая конфигурация обеспечивает безопасность, превосходящую даже безопасность биткойна, и все это без чрезмерных финансовых и экологических затрат. Использование Delayed Proof of Work не только повышает безопасность, но и представляет более гибкий подход к безопасности по сравнению с механизмом PoW. Безопасность в этой сети обеспечивается нотариальными узлами, которые выбираются путем взвешенного голосования. Эти узлы способны при необходимости переключиться на другой PoW, обеспечивая адаптивность в таких сценариях, как изменение глобальной мощности майнинга или если затраты на нотариальное заверение в текущей сети становятся чрезмерно высокими. Благодаря такой гибкости dPoW сохраняет безопасность и при этом более адаптивен, чем традиционный механизм PoW.

Вот основные различия между PoW и dPoW:

Заключение

Отложенное доказательство работы (dPoW), один из вариантов механизма Proof of Work, - это еще один шаг к повышению безопасности блокчейна. Это метод защиты, который использует вторичный блокчейн для подтверждения другой цепочки с помощью процесса нотариального заверения. Сеть устроена таким образом, что она противостоит любым попыткам изменить или реорганизовать блоки после того, как они были нотариально заверены.

Кроме того, механизм безопасности dPoW позволяет блокчейнам воспользоваться преимуществами безопасности вторичного блокчейна, предлагая практическое решение проблем фундаментальной безопасности, особенно для недавно созданных блокчейнов, которые имеют повышенную уязвимость из-за низкого хэшрейта. Следовательно, введение dPoW стало шагом к развитию и укреплению безопасности сетей блокчейн в пространстве блокчейн.

................................................................................................................................

Примечание: Эта статья является оригинальной и была проверена на точность. Если статья принята, авторские права на нее принадлежат Gate Learn.

Пол Нвоба

30/12/2023