Майнинг в прямом Эфире: POW, POS и перспективы

Несмотря на то, что криптовалюта ETH сейчас находится в топе мировых криптовалют и занимает попеременно то второе, то третье место после Bitcoin и Bitcoin Cash, Ethereum — это в первую очередь не валюта, а блокчейн. Примерно в 2014 году Ethereum даже описывалась не как отдельная система, а как следующее поколение платформы Биткоин, по сути — версия 2.0.

Среди всех возможностей блокчейна Бутерина сильнее всего заинтересовали умные контракты: самоисполняющиеся цифровые сделки. Обмануть их невозможно, хотя они и реализуются без каких-либо юридических процедур, поскольку исполнение контрактов контролируется блокчейном. Вот только в блокчейне Биткоина записывать даже простейшие контракты было сложно, поэтому Виталик создал новый и простой в использовании универсальный реестр всего.

С июля 2015 года и до марта 2016 года сеть Ethereum работала в ранней версии Frontier, которая, по сути, не гарантировала пользователям никакой безопасности. Это была бета-версия, которая знакомила разработчиков с функционалом и основными возможностями сети, и тем не менее она стала крайне популярной. Новая рабочая версия протокола, Homestead, которая находится в эксплуатации до сих пор, более стабильна, и главным новшеством нового релиза стала возможность дальнейшего обновления сети и ускорение проведения транзакций.

Секрет успеха Ethereum

Революционное решение, “покусившееся на святое” и подвинувшее блокчейн Сатоши Накамото, обеспечило Ethereum небывалую популярность. Из-за легкости обеспечения выполнения смарт-контрактов Ethereum стал основной платформой для проведения ICO, количество которых за последний год существенно выросло.

Другие потенциальные возможности сети привлекли внимание крупных компаний, изначально не имевших прямого отношения к блокчейн-проектам. С начала 2017 года эти компании, объединенные в так называемый Альянс Эфириума (Ethereum Enterprise Alliance, EEA), занимаются применением блокчейна Ethereum для корпоративных задач. В состав альянса входит около сотни компаний, среди которых такие гиганты, как Mastercard, Cisco, Deloitte, Samsung, Toyota и даже Центробанк Канады, правительство индийского штата Анхра-Прадеш, банк Scotiabank, российская платежная система QIWI и технический Университет города Мюнхен. Альянс Эфириума — это крупнейшее объединение криптовалютных и промышленных предприятий, в которое входят представители банковских, технологических и криптовалютных компаний.

Также уже в начале лета этого года стало известно, что Фонд Эфириума стал богатейшей в мире блокчейн-компанией с открытой капитализацией. Совокупные активы Фонда составляют порядка 15 миллионов в фиатных валютах (в основном EUR и CHF), 500 BTC и около 800 000 ETH, что на данный момент в общей сложности равняется примерно 252 млн долларов. Поскольку размер капитала напрямую связан с состоянием протокола, всей платформы и экосистемы Ethereum, разработчики заинтересованы в развитии системы и максимально в него вкладываются. В лучших традициях современных технологических индустрий, деньгами Фонда может воспользоваться любой желающий. Конечно, если потенциальный проект заинтересует Виталика настолько, что он решит проспонсировать начинание.

Интересно, что Ethereum как валюту привлекательным делает не столько ее стоимость сама по себе, сколько меньшая зависимость от курса биткоина. Обычно с ростом курса BTC значительно падает курс других криптовалют, однако это правило не распространяется на ETH — интерес со стороны крупных компаний обеспечивает стабильность курса.

Слишком популярен

Впрочем, хотя это все выглядит как небывалая история успеха, известность сыграла с Ethereum плохую шутку. Поскольку сейчас Ethereum — основная площадка для проведения ICO, количество транзакций и операций в сети растет ежедневно, что обнажает основную ее проблему — недостаточность производительности. Нагрузку на Ethereum помимо многочисленных ICO обеспечивают и разрабатываемые децентрализованные приложения (DAPP), и собственная служба доменных имен (ENS). Проблема с пропускной способностью делает дальнейшие перспективы сети довольно туманными — контрактов выполняется все больше и больше, и чтобы они могли работать в полную силу необходимо радикальное увеличение производительности.

Практически каждое крупное ICO в последние полгода приводило к перегрузке и падению сети Ethereum — например, в момент старта ICO проекта Polybius на блокчейне сети Ethereum проходило еще одно большое ICO (BAT — BasicAttentionToken), что привело к перегрузке сети. В итоге инвесторы не могли своевременно получить купленные токены, а на решение проблемы ушло драгоценное время/ушли целые первые сутки.

Буквально за несколько последних месяцев количество операций в сети выросло с 50.000 до 300.000 в день, и оно продолжает расти. Каждая транзакция в сети подтверждается каждым ее участником. (Такова суть блокчейна, в котором все связаны, — это обеспечивает защищенность и прозрачность системы.) Однако мощность системы не бесконечна, а ограничена, поэтому как только транзакций становится больше, чем сеть может вынести и обработать в секунду, она падает.

Потенциальных вариантов решения проблемы масштабируемости существует несколько:

Лайтнинг — идея не новая и позаимствована у биткоина. Предполагает разгрузку основного блокчейна путем проведения через него не всех транзакций, а только части. Платежные каналы будут иметь дело с блокчейном только в случае отсутствия сотрудничества и возникновении конфликта между участниками сделки. Соответственно, пока нет разногласий и конфликтных прецедентов, подтверждать транзакции участникам блокчейна не нужно.

Шардинг, или фрагментирование — разделение огромной базы данных сети на ряд баз помельче, а значит, распределение нагрузки, что увеличивает производительность. Если обобщенно, то пользователей делят на группы и каждую группу обслуживает определенный сервер. Такое решение дает потенциально бесконечное масштабирование — работа распределяется между всеми узлами вместо того, что каждый из них дублирует одну и ту же работу.

Свои варианты решения проблемы масштабируемости сети Ethereum предлагают и сторонние проекты — во-первых, Raiden Network и, во-вторых, TrueBit. Первая платформа использует технологию платежных каналов вне блокчейна, что позволяет поддерживать быстрые, недорогие и масштабируемые транзакции в сети Ethereum. TrueBit — детище Кристиана Райтвисснера, создателя языка программирования Solidity на котором пишутся смарт-контракты, и математика Джейсона Тойча. Их платформа предполагает создание другой распределенной сети, на которой будут производиться и проверяться вычисления, и которая сможет обеспечить поддержку вычислений, необходимых для написания более сложных смарт-контрактов. Сам блокчейн Ethereum будет использоваться для решения возникающих разногласий.

Однако наиболее перспективным (и наиболее вероятным в случае с Ethereum) считается переход от модели POW к POS-алгоритму.

POW (proof-of-work — доказательство выполнения работы) — традиционная модель, появившаяся в мире криптовалют самой первой вместе с биткоин-блокчейном, и наиболее популярная до сих пор. Принцип работы знаком всем, кто знает о майнинге хотя бы немного. Запрашивающая сторона, майнер, выполняет некоторую достаточно сложную и длительную работу — решает некую вычислительную задачу.

Результат его работы, полученное решение, проверяется обслуживающей стороной. Если все сделано правильно, запрашивающей стороне начисляется награда — намайненные монеты. Главная особенность — асимметрия временных затрат. Майнер тратит много временного ресурса, чтобы получить результат, тогда как скорость ответа очень высока — считанные секунды.

POS (proof-of-stake — доказательство доли) в качестве идеи появился еще в 2011 году на самом популярном крипто-форуме Bitcointalk. Впервые идея была реализована менее чем через год с криптовалютой PPCoin (сейчас — PeerCoin). POS это нечто вроде “виртуального майнинга”, когда физическая работа майнера заменяется наличием виртуального ресурса. Если в случае POW люди покупают за реальные деньги реальное оборудование, тратят реальные ресурсы (электричество) и получают новые блоки пропорционально своим затратам мощностей, то в случае POS за реальные деньги покупается начальное количество виртуальных монет. Протокол конвертирует их в “виртуальные компьютеры”, а дальше все то же самое и без энергозатрат. Однако поскольку майнинг происходит фактически за счет наличия монет в кошельке, тратить их, во-первых, нецелесообразно, во-вторых, возможно не сразу.

Поскольку такая модель майнинга менее энергозатратна и не требует больших вычислительных мощностей, сеть, работающая по модели POS, потенциально имеет большую масштабируемость. А еще POS более экологичное решение, так как не тратит реальные ресурсы, что для современного мира очень важно.

На успех майнинга в случае POS влияет количество монет и текущая сложность сети. В случае POW — скорость процессора. При том, что цель и POW, и POS протоколов одна — сделать так, чтобы узлы сети пришли к соглашению по поводу корректности истории транзакций — в случае POW у майнеров есть стимул быть честными и подтверждать корректные транзакции, потому что иначе они элементарно потеряют деньги. С POS все не так однозначно. Если в случае традиционной POW модели недавно добавленную цепочку блока заменить невозможно, то в POS это вполне реализуемо. И в случае такой замены огромное количество холдеров потеряют свои вклады. Обеспечение безопасности и “игры по правилам” при переходе на POS — одна из самых главных задач Ethereum, требующая серьезного решения.

Потенциально POS выглядит как хорошее решение. Однако критически настроенные пользователи справедливо указывают на то, что по свой сути POS — модель “для богачей”, которая в лучших традициях капитализма делает богатых людей еще богаче. Тот пользователь, у которого на старте больше всего монет, закономерно находит больше блоков и получает более высокую прибыль, вновь увеличивая запас своих монет… И так до бесконечности или пока пользователь не устанет чахнуть над своим виртуальным золотом. Впрочем, претензия вполне применима и к POW-модели — в конце концов, тот, кто вложил больше средств в оборудование, получает более высокую прибыль.

Что выберет Ethereum?

Скорее всего (сомнений в этом с каждым днем становится все меньше), Ethereum перейдет к модели POS с промежуточным вариантом POW+POS на первых этапах перехода. Реализация POS-модели в том виде, в котором это хотят сделать создатели Ethereum (с полным обеспечением безопасности) занимает много времени. И это одна из причин скептического отношения к плану отказа от POW-модели.

Так называемая “белая книга” — документ, где были разъяснены различия между использованием в Ethereum POW и POS и даны основные векторы направления развития сети — была опубликована еще в конце 2015 года. После множества интеграций идея развилась в модель под названием Casper — платформу, которую сам Бутерин назвал “консенсусом через ставки”. Поскольку у создателей Ethereum нет тенденции скрывать свои наработки, модель Casper несколько раз публиковалась с открытым исходным кодом, где можно было ознакомиться с тем, как работает протокол. Что выгодно отличает Casper от обычной POS-модели — это то, что платформа предусматривает наказание для тех участников сети, которые нарушают правила.

В качестве современного и совершенного метода проверки безопасности и корректности транзакций планируется использовать криптографический протокол zk-SNARK, который буквально на днях, в конце сентября, был запущен в тестовой сети Ethereum. И проверочный запуск прошел успешно. Особенность протокола в том, что с его помощью подтвердить корректность вычисления можно обладая “нулевым знанием” о самом вычислении. Из-за прозрачности блокчейна многие компании и производства опасаются внедрять блокчейн-решения, опасаясь раскрытия конфиденциальной информации. zk-SNARK решает эту проблему, так как гарантированно обеспечивает безопасность транзакций, при этом никому не открывая конфиденциальную или личную информацию.

Перспективы и прогнозы

Несмотря на то, что создатели Ethereum имеют неплохие шансы решить все основные сложности — а значит, смогут повысить масштабируемость и одновременно обеспечить эффективную, быструю и безопасную работу сети на основе POS-протокола — аналитики все же либо делают весьма аккуратные прогнозы, либо и вовсе предсказывают значительное падение курса ETH после перехода на алгоритм Casper.

Причина кроется в криптоэкономике, от которой зависит рыночная капитализация ETH. Сейчас цена криптовалют во многом опирается на майнеров, которые заинтересованы в продаже монет и вкладывании вырученных средств в покупку мощностей и дополнительного оборудования. При переходе Ethereum на протокол Casper из сети будут полностью исключены работающие с нею майнеры, что чревато серьезными нарушениями внутренней экономики, которая моментально потеряет значительную часть пользователей.

Второй нюанс — майнеры склонны монеты продавать, тогда как холдеры, по понятным причинам, предпочитают их накапливать, обеспечивая рост своей прибыли и влияния в сети. Соответственно, на рынке создается искусственная ситуация давления в сторону повышения цены на валюту от стейкеров и одновременно с этим — в сторону понижения от майнеров.

Однако в случае удачного внедрения протокола Casper Ethereum имеет все шансы обойти блокчейн Биткоина. Почему? Как уже было сказано, сеть Ethereum гораздо привлекательнее для разработчиков из-за своей гибкости, к тому же комиссии за транзакции у нее значительно ниже. Плюс главное ее преимущество — то огромное внимание, которое уделяют проекту крупные компании, входящие в Альянс. Доверие к Ethereum велико уже сейчас, соответственно, если создателям удастся адекватно решить проблему масштабируемости (которая есть и у Биткоина, однако у них нет главного — работающего решения в краткосрочной перспективе), оно будет только расти. И это, без сомнений, обеспечит Ethereum доминирование на рынке, а значит, и значительный рост курса ETH.