Відкладене підтвердження роботи (dPoW): рішення проблем базової безпеки блокчейну

Вступ

Відкладене підтвердження роботи (dPoW) — це протокол безпеки, розроблений компанією Komodo, постачальником технологій з відкритим кодом. Цей механізм безпеки ґрунтується на Proof of Work (PoW), який є найдосконалішим протоколом безпеки в екосистемі блокчейну, про що свідчить його застосування в високозахищених мережах, таких як Bitcoin і Litecoin.

Щоб зрозуміти важливість і основні принципи відкладеного підтвердження роботи (dPoW), потрібно спочатку зрозуміти, як працює підтвердження роботи (PoW) і причини його визнання як головного методу захисту децентралізованих блокчейнів. Крім того, необхідно ретельно вивчити недоліки та обмеження, пов’язані з підтвердженням роботи як підходом до безпеки, щоб повністю оцінити обґрунтування запровадження відкладеного підтвердження роботи (dPoW) і переваги, які воно пропонує.

Розуміння відкладеного підтвердження роботи (dPoW)

Джерело: GitBook

Відкладене підтвердження роботи (dPoW) — це вторинний консенсусний механізм безпеки, призначений для покращення традиційного механізму підтвердження роботи, який використовується кількома блокчейнами, включаючи відомі приклади, такі як біткойн.

dPoW розроблено для захисту блокчейну від 51% атак, які становлять загрозу цілісності мережі. Це досягається шляхом інтеграції хеш-швидкості зовнішньої мережі Proof of Work (PoW) в існуючий механізм консенсусу іншої мережі з нижчою хеш-швидкістю, що ускладнює економічну атаку на мережу.

Komodo є першою блокчейн-платформою, яка запровадила використання відкладеного підтвердження роботи як механізм консенсусу. Щоб дізнатися більше, перегляньте нашу попередню статтю про відкладене підтвердження роботи. У цій статті докладніше розглядається технічний аспект DPoW.

Фундаментальне обговорення безпеки блокчейну

Сила блокчейну полягає в його жорстких заходах безпеки, фундаментальному аспекті, який підтримує його децентралізовану структуру.

Blockchain використовує криптографічні методи для захисту транзакцій і підтримки незмінної книги. Однак критичним фактором у забезпеченні безпеки блокчейну є його консенсусний механізм. І щоб ретельно обговорити безпеку блокчейну, вкрай важливо мати чітке розуміння механізмів консенсусу.

Що таке механізм консенсусу?

Джерело: C# Corner

Блокчейн працює як децентралізована однорангова система, яка вимагає прийняття рішень без центрального лідера чи авторитетної особи. Ключ до досягнення цієї мети лежить у «механізмі консенсусу».

На відміну від централізованих систем, де центральний адміністратор контролює управління базою даних і оновлення, децентралізовані системи розподіляють цю відповідальність між кількома вузлами. Ці вузли повинні колективно досягти поступки, узгодивши дійсність транзакцій — звідси термін «консенсус».

Потреба в консенсусі виникає через незалежність блокчейна від єдиного джерела правди. Механізм консенсусу забезпечує згоду всіх вузлів щодо законності транзакції. Після схвалення цієї транзакції всіма вузлами вона буде записана в блокчейні.

Блокчейн-мережі використовують різні консенсуси, усі вони служать загальній меті забезпечення точності та чесності записів. Серед найпоширеніших варіантів — механізми консенсусу Proof of Work і Proof of Stake.

Механізм консенсусу підтвердження роботи (PoW).

Джерело: SpringerLink — аналіз того, як працює механізм підтвердження роботи

Proof of Work працює як алгоритм або система, яка потребує значних обчислювальних зусиль, щоб запобігти або усунути шахрайських користувачів обчислювальної потужності. У цій системі дані транзакцій зберігаються в блоках. Щоб підтвердити транзакцію, потрібно вирішити складну математичну задачу, пов’язану з кожним блоком. Цей процес, який зазвичай називають «майнінгом», зазвичай виконується потужними комп’ютерами. Майнер, який першим успішно вирішить проблему, отримує винагороду в криптовалюті.

Впровадження Proof of Work служить засобом забезпечення узгодженої бази даних у мережі блокчейн. Такі криптовалюти, як Bitcoin і Litecoin, покладаються на механізм підтвердження роботи. Однак його найбільшим обмеженням є висока обчислювальна потужність, необхідна для видобутку блоків.

Коли він був представлений у 2009 році, Proof of Work був спеціально розроблений для вирішення проблеми подвійних витрат.

Що таке подвійні витрати?

Джерело: Bitpanda — проблема подвійних витрат і те, як її вирішує протокол біткойн

Проблема «подвійних витрат» стосується здатності комп’ютерів нескінченно дублювати інформацію. Це питання особливо актуальне під час роботи з фінансовою цінністю, яка передбачає запис власника, час володіння та гаманець, де зберігається вартість. Важливо, щоб під час переказу фінансової вартості від Особи А до Особи Б, Особа А не могла дублювати гроші та надсилати їх Особі С.

Алгоритм консенсусу Proof of Work був створений для вирішення проблеми подвійних витрат. У мережі біткойн майнери виконують підтвердження роботи кожного разу, коли в блокчейн додається новий блок. Щоб додати новий блок до ланцюжка блоків, майнерам у всьому світі потрібно буде взяти участь у випадковій грі вгадування, щоб знайти пароль блоку для перевірки.

Цей пароль непередбачуваний, його можна лише вгадати. Щоб зламати цей складний пароль, механізм консенсусу змушує майнерів конкурувати за право видобувати новий дійсний блок. Тому в мережі PoW майнер не може відразу створити новий дійсний блок і отримати винагороду; вони повинні конкурувати, виконавши першими необхідну роботу. Саме цей конкурентний процес призвів до назви механізму консенсусу протоколу біткойн — Proof of Work (PoW).

Особливості механізму консенсусу PoW

Джерело: Investopedia — особливості мережі PoW і як вона перевіряє транзакції в мережі блокчейн

• Головною особливістю механізму підтвердження роботи (PoW) є його акцент на безпеці. Ця система включена в криптовалютні проекти з основною метою забезпечення надійної, безпечної, постійної, справедливої та прозорої структури, яка встановлює консенсус на основі внесків учасників у мережі. На даний момент Proof of Work виділяється як найбезпечніший механізм консенсусу в екосистемі блокчейну.
• У контексті Proof of Work будь-яка неправильна поведінка майнера може призвести до заборони спроб додавати нові блоки в майбутньому. Крім того, для майнера дуже складно атакувати систему PoW. Наприклад, спроба створити шахрайські транзакції вимагала б від майнера контролю над 51% потужності мережі, що еквівалентно сотням мільярдів доларів на апаратне забезпечення сьогодні. А це практично неможливо.
• У рамках механізму Proof of Work майнери поширюють деталі транзакцій під час додавання нових блоків у мережу. Згодом інші вузли в мережі незалежно перевіряють транзакцію, щоб переконатися, що активи, що передаються, не були витрачені подвійно.

Ці функції представляють лише деякі внески, які механізм Proof of Work зробив у мережу Bitcoin. Тим не менш, незважаючи на те, що він визнаний найбезпечнішим механізмом у просторі блокчейну, він не позбавлений недоліків, про які ми поговоримо пізніше в цій статті.

Що таке відкладене підтвердження роботи (dPoW)?

Відкладене підтвердження роботи (dPoW) — це консенсусний механізм, інновований Komodo для вирішення проблем, властивих мережі підтвердження роботи. Це вдосконалена версія механізму консенсусу PoW, який використовує хеш-потужність блокчейну біткойн для підвищення безпеки його мережі. Цей прогрес не тільки зміцнює власну мережу Komodo, але й розширює її захисні можливості на будь-яку сторонню мережу, яка буде брати участь в екосистемі Komodo в майбутньому.

Важливо зазначити, що dPoW не обмежується певною мережею; його можна реалізувати для будь-якого проекту, який хоче розробити незалежний блокчейн за допомогою моделі UTXO.

Як працює dPoW?

Давайте розглянемо Komodo як приклад.

Джерело: FPX Russia on X App — детальний аналіз того, як служба безпеки Komodo захищає від атак 51%

Комодо розробила та впровадила механізм безпеки dPoW у код Zcash (ZEC), криптовалюти, яка наголошує на конфіденційності та анонімності користувачів. Інтеграція dPoW дає змогу Zcash використовувати як конфіденційність із нульовим знанням, так і підвищену безпеку мережі, використовуючи потужний хешрейт блокчейну біткойн.

Кожні десять хвилин система Komodo робить знімок власного блокчейну. Потім знімок буде записаний у блок у мережі біткойн за допомогою процесу, який називається нотаріальним засвідченням.

Нотаріальне засвідчення відбувається, коли інформація записується та захищається шляхом передачі її з одного блокчейну в інший за допомогою стійкої інфраструктури безпеки. Таким чином, коли буде зроблено знімок блокчейну Komodo, буде створено повну резервну копію всієї системи Komodo та збережено в блокчейні Bitcoin.

У технічному сенсі нотаріальні вузли, обрані спільнотою в Комодо, беруть участь у діяльності, де вони записують хеш блоку з кожного блокчейну, захищеного dPoW, у реєстр Komodo. Цей процес досягається шляхом виконання транзакції в блокчейні Komodo. Вузли нотаріуса використовують команду OP_RETURN, спеціальний код операції сценарію, який міститься в біткойнах та його похідних, для збереження хешу одного блоку в блокчейні Komodo. Збережений хеш блоку служить посиланням або доказом стану захищених блокчейнів у певний момент часу.

Нотаріальні вузли вибирають хеш блоку десятихвилинної давності, щоб переконатися, що в усій мережі є одностайна згода, що блок все ще дійсний. У системі dPoW Комодо, хоча кожна мережа блокчейну самостійно досягає консенсусу для кожного блоку, нотаріальні вузли не беруть безпосередньої участі в процесі консенсусу. Замість цього вони просто записують хеш блоку з уже видобутого блоку.

Джерело: Steemit — докладний опис роботи dPoW

Після запису хешів блоків з різних ланцюгів Komodo нотаріальні ноди продовжували записувати хеш блоку з ланцюга блоків Komodo в реєстр біткойн. Щоб виконати цю дію, виконується транзакція Bitcoin, і команда OP_RETURN використовується для інтеграції відповідних даних у блок у ланцюжку Bitcoin.

Після завершення процесу нотаріального засвідчення біткойнів нотаріальні вузли в Komodo передають дані блоку з ланцюга біткойнів назад до блокчейну будь-якого іншого захищеного ланцюга в системі Komodo. Після цього кроку мережа стає стійкою до будь-яких спроб змінити або реорганізувати блоки, які пройшли нотаріальне засвідчення.

Цей процес надає системі Komodo стійкість проти атак, дозволяючи їй самовідновлюватися, навіть якщо обрана мережа PoW зіткнеться з труднощами.

Різниця між PoW і dPoW

Алгоритм Proof of Work широко визнаний як найбезпечніша мережа в екосистемі блокчейн. Його структура відіграє важливу роль у стримуванні потенційних атак, включаючи розподілені атаки на відмову в обслуговуванні (DDoS). Хоча виробництво підтвердження роботи вимагає значних витрат, процес його перевірки є простим, як пояснювалося в процесі видобутку, описаному раніше.

Надійна безпека, властива структурі підтвердження роботи, випливає із значних фінансових інвестицій і обчислювальної потужності, пов’язаної з процесом видобутку. PoW покладається виключно на мережевий консенсус для підтвердження транзакцій.

Однак саме ці атрибути також є недоліком для алгоритму консенсусу PoW. Безпека PoW прямо корелює з обсягом виділеної для нього обчислювальної потужності. Це означає, що менші блокчейн-мережі за своєю суттю менш безпечні, ніж їхні великі аналоги.

На відміну від PoW, dPoW виконує іншу мету — він не використовується для досягнення консенсусу щодо нових блоків, і тому його не класифікують як алгоритм консенсусу. Скоріше він функціонує як алгоритм безпеки. Як тільки мережа dPoW проходить нотаріальне засвідчення, вона стає стійкою до будь-яких спроб модифікації або реорганізації блоків. Ця характеристика значно підвищує його безпеку, роблячи його більш стійким до атак 51% і атак Genesis.

У механізмі консенсусу відкладеного підтвердження роботи є помітна функція, яка стосується перевірки транзакцій. На відміну від звичайних мереж PoW, де правило найдовшого ланцюга є стандартом для підтвердження транзакцій, dPoW не застосовує це правило до транзакцій, старших за останню «резервну копію» мережі блокчейн. Таким чином, у разі конфліктів механізм консенсусу dPoW не покладається на правило найдовшого ланцюга; замість цього він посилається на резервні копії, що зберігаються у вибраному блокчейні PoW, щоб точно визначити історію транзакцій. Цей підхід забезпечує додатковий рівень безпеки та надійності перевірки транзакцій у мережі блокчейн.

Щоб скомпрометувати невеликий блокчейн у системі Komodo, зловмиснику потрібно знищити:

• Усі копії блокчейну Komodo
• Усі копії блокчейну dPoW
• Мережа безпеки вибраного блокчейну PoW, де зберігаються резервні копії

Ця конфігурація забезпечує безпеку, що перевершує навіть біткойн, і все це без надмірних фінансових витрат та витрат на навколишнє середовище. Використання відкладеного підтвердження роботи не тільки підвищує безпеку, але й запроваджує більш гнучкий підхід до безпеки порівняно з механізмом PoW. Безпекою в цій мережі керують нотаріальні вузли, обрані шляхом зваженого голосування. Ці вузли мають можливість перемикатися на інший PoW, якщо це необхідно, забезпечуючи адаптивність у таких сценаріях, як зміни глобальної потужності майнінгу або якщо витрати на нотаріальне засвідчення в поточній мережі стають надмірно високими. Ця гнучкість гарантує, що dPoW підтримує безпеку, будучи більш адаптивним, ніж традиційний механізм PoW.

Ось основні відмінності між PoW і dPoW:

Висновок

Відкладене підтвердження роботи (dPoW), один із варіантів механізму підтвердження роботи, є ще одним кроком до підвищення безпеки блокчейну. Це метод безпеки, який використовує вторинний блокчейн для перевірки іншого ланцюга через процес нотаріального засвідчення. Мережа така, що протистоїть будь-яким спробам змінити або реорганізувати блоки після їх нотаріального засвідчення.

Крім того, механізм безпеки dPoW дозволяє блокчейнам використовувати переваги безпеки вторинного блокчейну, пропонуючи практичне рішення основних проблем безпеки, особливо для новостворених блокчейнів із підвищеною вразливістю через низький рівень хешування. Отже, запровадження dPoW стало кроком до просування та зміцнення безпеки мереж блокчейну в просторі блокчейну.

…………………………………………………………………………………………………………………….

Примітка. Ця стаття є оригінальною та була перевірена на точність. Якщо статтю прийнято, вона захищена авторським правом Gate Learn.

Пол Нвоба

30.12.2023