Об'єднаний майнінг

Підтвердження роботи (PoW) є фундаментальною частиною Консенсусу Накамото. Він має дві функції: це механізм опору Sybil, який використовується для вибору виробників блоків, а також забезпечує базову та постійно зростаючу вартість повернення блокчейну. Ось чому кажуть, що PoW захищає блокчейн Bitcoin.

Об’єднаний майнінг — це техніка повторного використання роботи, витраченої на захист одного блокчейну, для одночасного захисту іншого блокчейну. Подібно до того, як PoW забезпечує консенсус Накамото, майнінг злиттям може забезпечити консенсус різних блокчейнів. Консенсусним протоколом об’єднаного видобутого ланцюжка також може бути Nakamoto або його варіант, наприклад GHOST або DECOR. Дія застосування техніки об’єднаного майнінгу часто називається «видобуток злиттям». Єдина вимога для об’єднання двох блокчейнів полягає в тому, щоб вони використовували ту саму функцію хешування заголовка блоку (і перевірку складності) для отримання PoW.

Спосіб роботи об’єднаного майнінгу простий. По-перше, припустімо, що існує первинний блокчейн (нехай це буде біткойн) і вторинний блокчейн S. Нехай h_B і h_S — два нові заголовки блоків біткойн і S відповідно. Нехай H — довільна криптографічна хеш-функція. Щоб розпочати майнінг, об’єднаний майнер повинен створити шаблон для h_B таким чином, щоб він посилався на H(h_S) однозначно. Процес видобутку змінюється дуже мало. Під час майнінгу майнери намагаються знайти nonce, що призводить до підтвердження роботи для h_B , що задовольняє складність, встановлену мережею Bitcoin, як зазвичай (тобто SHA256D(h_B) < target_B). Однак, якщо майнер знаходить заголовок блоку біткойн із доказом роботи, який відповідає складності ланцюга, видобутого злиттям (SHA256D(h_B) < target_S), тоді h_B, h_S разом із додатковою інформацією про зв’язування заголовків, стає дійсним доказом роботи видобутого злиттям блоку. Повний блок, отриманий шляхом злиття, міститиме PoW та інші дані, що залишилися, специфічні для ланцюжка (тобто транзакції, на які посилається h_S). Блок надсилається до вторинної мережі блокчейну для додавання до вторинного блокчейну. За допомогою об’єднаного майнінгу можна створити два різних підтвердження роботи за ціною одного.

Історія

Об’єднаний майнінг майже такий же старий, як біткойн. У 2010 році сам Сатоші запропонував використовувати об’єднаний майнінг для захисту гіпотетичного бічного ланцюга BitDNS, який зберігатиме децентралізовані доменні імена. Невдовзі ідея була реалізована та запущена як альткойн Namecoin . Namecoin розпочав злиття майнінгу з біткойнами в 2011 році для досягнення більшої безпеки.

У той період інші блокчейни наслідували цю тенденцію та почали злиття майнінгу з біткойнами. Але не все було трояндами. У 2012 році LukeJr здійснив атаку на 51% на Coiledcoin, який на той час був майнінгом з біткойнами. Ця подія показала, що майнінг злиттям не є панацеєю безпеки для кожного блокчейну, і для того, щоб цей механізм був безпечним, має бути високий рівень стимулів між новим об’єднаним ланцюжком майнінгу та попередніми.

Протягом 2014 року відбулася ще одна важлива подія. Dogecoin і Litecoin використовували ту саму функцію майнінгу, і майнери почали масово перемикатися між двома блокчейнами. Коли Dogecoin став більш прибутковим, вони всі перейшли на видобуток Dogecoin, прискоривши виробництво блоків. Коли почалося коригування складності Dogecoin і стало надто складним прибутковий видобуток, вони масово переходили на Litecoin, щоб максимізувати прибутковість, і цикл повторювався. Це призвело до нестабільності хешрейту, нестабільної швидкості блокування та випуску токенів. Після цього хешрейт Dogecoin став занадто низьким, щоб вважатися безпечним. Спільнота Dogecoin вирішила почати приймати блоки , об’єднані з Litecoin. Станом на сьогодні не було спроб жодного майнера в одній спільноті атакувати іншу. Є кілька причин, чому не було скоєно жодної атаки: по-перше, майнінг злиттям був вигідним для обох спільнот, оскільки за допомогою об’єднаного майнінгу складність блоків і показники блоків могли знову стабілізуватися. По-друге, це також було вигідно для майнерів, які могли тимчасово подвоїти свій дохід (поки коригування складності блокчейну вгору не закінчиться цей пільговий період). По-третє, маючи порівнянний хешрейт, жоден майнер не міг би легко атакувати інший ланцюг. По-четверте, між спільнотами Litecoin і Dogecoin не було ідеологічної суперечки (ми можемо запитати себе, чи було в цих спільнотах якесь почуття приналежності). Майнери просто видобуватимуть найприбутковіший ланцюг.

Незалежність

Однією з причин, чому історично віддавали перевагу об’єднаному майнінгу, є те, що він дозволяє створювати повністю незалежні блокчейни. Під незалежними ми маємо на увазі, що ці вторинні ланцюги можуть продовжувати жити, навіть якщо первинний ланцюг призупиняється через технічну проблему або просто вмирає без підтримки спільноти. Вторинний ланцюг може продовжувати отримувати роботу від майнерів злиття без основного ланцюга. У перші роки навіть біткойн не мав гарантованого майбутнього. Одна з причин, чому бічний ланцюг Rootstock вибрав майнінг злиттям для свого протоколу консенсусу (замість федеративного консенсусу, як Liquid), полягає в тому, що Rootstock було створено під час воєн за розмір блоку, і існував реальний ризик того, що біткойн буде зламано зловмисниками або розірвано на частини. розділеної громади.

Блокові ставки

Важливою причиною віддавати перевагу об’єднаному майнінгу перед іншими альтернативними способами успадкування безпеки біткойнів є те, що об’єднаний майнінг дозволяє вторинному ланцюжку мати вищу швидкість блокування.

Після біткойна всі створені блокчейни були розроблені для підтримки вищої швидкості блокування (менший час між блоками). Вважається, що це негативно впливає на децентралізацію, оскільки може призвести до того, що соло-майнери генеруватимуть більше блоків-сиріт, змушуючи їх приєднуватися до більших пулів, щоб залишатися конкурентоспроможними. Високі показники блокування мають кілька переваг, очевидною є те, що транзакції користувачів підтверджуються швидше. Парадоксальна перевага вищих ставок блокування полягає в тому, що дисперсія виплат винагороди зменшується: це, у свою чергу, зменшує стимули приєднуватися до великих пулів майнінгу, що покращує децентралізацію. Швидкість блокування являє собою компроміс зручності використання та децентралізації, і ідеальну швидкість знайти важко.

Тому розробникам об’єднаних майнінг-блокчейнів, які хочуть об’єднати майнінг із біткойнами, слід бути дуже обережними зі ставками блоків. Середній інтервал блокування менше 10 секунд без застосування більш інклюзивних консенсусних протоколів може створювати додаткове навантаження на пропускну здатність об’єднаних пулів для майнінгу, збільшуючи витрати, що може поставити їх у невигідне становище з необ’єднаними пулами для майнінгу.

Претенденти на об’єднаний майнінг

Подібно до об’єднаного майнінгу Nakamoto, існують інші способи успадкувати безпеку від інших мереж. Перший відомий метод був реалізований за допомогою протоколу Mastercoin/OMNI, а за ним пішов протокол Counterparty. Нові проекти, такі як RGB, також застосували цей метод. Метод заснований на вбудовуванні даних транзакцій альтернативної книги в транзакції Bitcoin. У RGB це вбудовування все ще існує, але воно повністю приховане всередині дерева Taproot. Однак жодна історія Mastercoin/Counterparty/RGB не є окремим блокчейном. Історія книги — це просто послідовний список спеціальних транзакцій, вбудованих у блоки Bitcoin. Існують інші способи створення окремих блокчейнів, які успадковують безпеку від основного ланцюга, як правило, шляхом спроби повністю або частково синхронізувати два блокчейни. Усі вони базуються на даних публікації у вихідних даних OP_RETURN . Деякі приклади: Veriblock, PoX і Syncchains. За допомогою цих «синхронізованих» ланцюжків реверсування блоку основного ланцюга автоматично повертає блоки вторинного ланцюга, які з’явилися пізніше. Одним із недоліків є те, що вони змушують вторинні вузли блокчейну запускати також вузли основного ланцюга. У той час як зв’язані блокчейни можуть забезпечити спільну безпеку (і швидкі міжланцюгові передачі), синхронний консенсус не може забезпечити більш високу швидкість блокування для вторинного блокчейну без запровадження іншого комутованого консенсусного протоколу (тобто мікроблоки Bitcoin NG ). Навпаки, об’єднаний майнінговий ланцюжок може використовувати будь-яку швидкість блокування, хоча, як згадувалося раніше, існує поріг, перевищення якого об’єднаний майнінг стає неекономічним через високі вимоги до пропускної здатності.

Критика і еволюція

Об’єднані видобуті консенсуси Накамото були проаналізовані та підтримані та критиковані в дослідницьких роботах. Проте всі існуючі дослідження зосереджені на практичному впливі об’єднаного майнінгу на децентралізацію, хоча формалізації методу все ще бракує. Академічні дослідження не обійшли стороною метод об’єднаного майнінгу Namecoin. Але цей метод був значно вдосконалений. Запуск Rootstock об’єднаного майнінг-сайдчейну у 2018 році пожвавив дослідження, що призвело до відкриття більш безпечних об’єднаних протоколів майнінгу, таких як варіанти з підтримкою fork-aware. Деякі з цих покращень було впроваджено в Rootstock під час послідовних оновлень мережі. Однак нові теоретичні дослідження все ще розкидані в онлайн-статтях і RSKIP (пропозиція щодо покращення підщепи), і вони заслуговують на кращу документацію. Нові варіанти злитого майнінгу, про які йтиметься в наступній статті, можуть протистояти деяким відомим атакам. Наприклад, зазвичай вважається, що бічний ланцюг, видобутий злиттям, не може бути захищений від атак подвійних витрат, якщо хешрейт видобутку злиття низький (тобто <10% від хешрейту основного ланцюга), тоді як з деякими новими варіантами протоколу це можливо (за дещо інших припущень безпеки та живучості).

Об’єднаний дизайн майнінгу Namecoin

Спосіб злиття Namecoin з Bitcoin простий. У кінці поля coinbase транзакції генерації майнер записує 4 байти, які вказують на те, що слідує запис AuxPow . Ці 4 байти називаються магічними байтами і використовуються Namecoin для легкого пошуку запису AuxPow. Далі ми знаходимо запис AuxPow, де майнери повинні зберігати кореневий хеш-дайджест дерева Merkle, що містить хеші блоків різних блокчейнів, які видобуваються злиттям. Далі слідує поле treeSize, яке вказує кількість видобутих злиттям блоків різних блокчейнів, включених до дерева, і поле treeNonce, яке має допомогти уникнути зіткнень ідентифікаторів ланцюжків, але дизайн має недоліки, і це значення не використовується. На наступній діаграмі зображено блок Bitcoin із записом AuxPow, пов’язаним із 4 блоками (W, X, Y та Z) із 4 різних блокчейнів, видобутих злиттям:

Дизайн неймкойну для майнінгу злиттям

Щоб вузли Namecoin перевірили підтвердження роботи блоку Namecoin, блок повинен містити поля даних, що містять:

• Шлях Merkle для підтвердження включення транзакції Coinbase у дерево блокових транзакцій Bitcoin
• Сама транзакція coinbase, що містить корінь дерева AuxPow.
• Шлях Merkle для пошуку хешу блоку Namecoin у дереві AuxPow.

У консенсусі Namecoin є правило для перевірки підтвердження майнінгу злиттям і підтвердження роботи заголовка Bitcoin (ігноруючи всі інші поля).

Розрізнення первинного/вторинного ланцюга

Зазвичай ми відрізняємо один первинний блокчейн від усіх вторинних блокчейнів, отриманих шляхом злиття, оскільки вторинні блоки блокчейнів потребують додаткового підтвердження Merkle, щоб дозволити перевірку підтвердження роботи. Але з точки зору теорії ігор первинного блокчейну не існує. Усі вони роблять свій внесок у бюджет безпеки. Якби основний хешрейт блокчейну знизився до 10% від загального хешрейту, видобутого злиттям, виникла б спокуса сказати, що вторинний блокчейн став основним, тому що тепер цей блокчейн, ймовірно, буде тим, що платить за більшу частину безпеки бюджет. Різниця може бути ще більш заплутаною, оскільки «вторинний» блокчейн, видобутий злиттям, може захоплювати роботу з кількох «первинних» ланцюжків, як у випадку з Rootstock. Хоча більша частина хешрейту Rootstock надходить від майнерів біткойнів, були випадки, коли невелика частина хешрейту надходила від майнерів Bitcoin Cash, тому Rootstock успадкував хешрейт від двох основних ланцюжків.

Навіть якщо з філософських міркувань хтось не хоче отримати хешрейт, наприклад, від Bitcoin SV, цьому не можна легко запобігти. З точки зору консенсусу Rootstock, заголовки блоків Bitcoin і Bitcoin SV виглядають ідентично (батьківський блок або поля складності можна використовувати для евристичного розрізнення їх на основі складності блоку, але це буде неточно). Таким чином, Rootstock може мати вищий хешрейт, ніж біткойн, об’єднавши хешрейт усіх блокчейнів на основі SHA256D, включаючи біткойн.

Тому ми дотримуємося синтаксичного визначення: первинні ланцюги — це ті, що мають коротші об’єднані докази видобутку, які зазвичай мають один заголовок блоку, а вторинні ланцюги — це ті, для яких потрібен додатковий заголовок блоку та його хеш, вбудований у перший.

Блокчейн нейтралітет

У період 2011–2013 років на форумі bitcointalk.org було опубліковано кілька пропозицій виконати хард-форк біткойна, щоб абстрагувати доказ роботи біткойна в окремому «головному» ланцюжку заголовків і зробити всі блоки блокчейнів, видобутих злиттям. (включно з біткойнами) походять із цього головного ланцюжка заголовків. Усі хеші блоків блоків будуть частиною єдиного дерева Pow Merkle. Однак ці пропозиції не отримали популярності (загалом жодна пропозиція жорсткого розгалуження біткойнів не мала популярності).

Насправді головний заголовок зовсім не обов'язково повинен бути частиною ланцюжка. Заголовок може бути крихітним і просто вказувати корінь дерева Merkle хешів ланцюжкових блоків і nonce, необхідний для зміни заголовка для пошуку PoW. Як ми побачимо в наступній статті, наявність поля мітки часу в цьому крихітному заголовку може покращити безпеку всіх ланцюжків, отриманих злиттям. Цей уявний крихітний заголовок зображено на наступному малюнку, де X і Y посилаються на деякі інші злиття- видобуті блокчейни:

Дизайн злиття майнінгу без основного блокчейну

Якби цю структуру даних було прийнято, у об’єднаному майнінгу біткойнів не було б жодного основного блокчейну.

Коли ми аналізуємо стимули для майнерів захищати більше ніж один блокчейн з однаковим доказом роботи, ми повинні аналізувати їх усі як рівні ланцюжки. Щоб проаналізувати стимули до майнінгу злиттям, ми повинні подумати про майнери SHA256D (фактично використовувану хеш-функцію) замість майнерів Bitcoin. Ми повинні проаналізувати всі блокчейни, видобуті злиттям, і стимули, які блокчейни надають майнерам.

Сайдчейни, видобуті злиттям

Сайдчейни біткойнів підвищують корисність біткойнів і, отже, вони сприяють збільшенню вартості біткойнів. Використовуючи сайдчейни, біткойни можуть здійснювати приватні платежі, створювати DAO та досліджувати інноваційні сценарії використання, не обмінюючи свої біткойни на інші більш нестабільні монети (іноді їх називають біткоїнами максималістами біткойнів). Наразі існують два бічні ланцюги біткойнів: Liquid (об’єднаний консенсус) і Rootstock (об’єднаний майнінг).

Сайдчейн Rootstock пропонує дешевші платежі та програми децентралізованого фінансування (DeFi). Однією з корисних децентралізованих програм для біткойнерів є самопозики в стейблкоїнах під заставу rBTC. Це рішення дозволяє біткойнерам використовувати токени, деноміновані у фіатній валюті, і їм не доведеться продавати свої біткойни для повсякденних витрат.

Широко поширена думка, що DeFi на Bitcoin значно зросте в найближчі роки, і в майбутньому будуть виявлені нові непередбачені випадки використання. Ось чому більшість біткойнерів підтримують Rootstock і хочуть, щоб він розвивався швидше.

Сайдчейн Rootstock був спеціально розроблений, щоб стимулювати спільноту Bitcoin. Він стимулює участь біткойнерів, і особливо біткойн-майнерів, використовуючи об’єднаний консенсусний протокол майнінгу. Біткойн і Rootstock можна успішно об’єднати завдяки спільним стимулам і спільнотам.

У наступній статті я представлю консенсусну модель Rootstock для видобутку злиттям, а також покажу кілька інновацій, створених спільнотою Rootstock, які значно підвищують безпеку об’єднаного видобутку. Я також покажу, як об’єднаний майнінг може принести користь біткойнам, збільшуючи його бюджет безпеки в довгостроковій перспективі.

Зведення

Об’єднаний майнінг є ключовою частиною консенсусного протоколу на основі PoW, який дозволяє блокчейну успадкувати безпеку від основного ланцюга без дублювання витрат на майнінг. Консенсус Накамото з використанням об’єднаного майнінгу може призвести до вищої децентралізації, ніж протоколи консенсусу, засновані на доказі повноважень або доказі частки. Однак безпека основного ланцюга буде спільно використовуватися з об’єднаними майнінг-ланцюжками, лише якщо асоціація є взаємовигідною. Тому об’єднаний майнінг ідеально підходить для сайдчейнів біткойнів, які можуть додати величезну цінність мережі біткойн. Rootstock, перший бічний ланцюжок смарт-контрактів Тьюринга, об’єднаний майнінг із більш ніж 50% поточного хешрейту біткойнів, і його хешрейт зростає щороку, що робить його однією з найбезпечніших мереж смарт-контрактів. Rootstock використовує fork-aware варіант протоколу, який буде розглянуто в наступній статті.

Відмова від відповідальності:

1. Цю статтю відтворено з [Bitslog], і авторські права належать оригінальному автору [Sergio Demian Lerner]. Якщо є заперечення щодо відтворення, зв’яжіться з командою Gate Learn, і команда негайно обробить це відповідно до відповідних процедур.
2. Відмова від відповідальності: погляди та думки, висловлені в цій статті, представляють лише особисті погляди автора та не є інвестиційною порадою.
3. Інші мовні версії статті перекладені командою Gate Learn. Без згадки про Gate.io заборонено копіювати, поширювати або плагіатувати перекладені статті.