Введение в блокчейн и алгоритмы консенсуса / Филипп Филиппак (Waves Platform)
0 likes1,681 views
Документ представляет введение в концепцию блокчейна и алгоритмы консенсуса, подчеркивая важность децентрализации, математического доверия и различных методов консенсуса, таких как proof-of-work и proof-of-stake. Описываются проблемы, с которыми сталкиваются блокчейны, включая сложность, объем хранимых данных и задержки при синхронизации, а также предполагаемые усовершенствования. В заключение упоминаются гибридные алгоритмы консенсуса и обсуждаются различные аспекты майнинга и его влияние на энергоэффективность.
Введение в блокчейн и алгоритмы консенсуса / Филипп Филиппак (Waves Platform)
- 2. О чём мы сегодня не будем говорить • выгодно ли майнить? • стоит ли покупать Bitcoin?
- 4. • данные — у одного участника • он сам может менять правила • нам нужно ему доверять В централизованных системах:
- 5. В блокчейне: • данные — у всех участников • данные неизменны
- 6. В блокчейне: • правила меняются коллективно • размер комиссии — тоже
- 7. В блокчейне: • доверие заменяется математикой • сложность атаки существенно возрастает
- 8. Проблемы блокчейна: сложность • баги из-за децентрализации
- 9. Проблемы блокчейна: сложность • баги из-за децентрализации • уязвимости консенсуса
- 10. Проблемы блокчейна: сложность • баги из-за децентрализации • уязвимости консенсуса • специфика типа смарт-контрактов
- 11. Проблемы блокчейна: объём • десятки гигабайт в крупных блокчейнах
- 12. Проблемы блокчейна: объём • десятки гигабайт в крупных блокчейнах • хранятся у каждого участника сети
- 13. Проблемы блокчейна: объём • десятки гигабайт в крупных блокчейнах • хранятся у каждого участника сети • в Bitcoin ~12000 активных нод
- 14. Размеры блокчейнов, GB Bitcoin Ethereum Monero 142 165 72 127 18 31
- 15. Частичное хранение • можно хранить только:
- 16. Частичное хранение • можно хранить только: • последние N блоков
- 17. Частичное хранение • можно хранить только: • последние N блоков • блоки с максимальной сложностью
- 18. Проблемы блокчейна: скорость • сетевые задержки при синхронизации
- 19. Проблемы блокчейна: скорость • сетевые задержки при синхронизации • ожидание подтверждения транзакций
- 20. Mempool, или UTX pool • блок не может быть слишком большим
- 21. Mempool, или UTX pool • блок не может быть слишком большим • размер блока в Bitcoin ~1 MB
- 22. Mempool, или UTX pool • блок не может быть слишком большим • размер блока в Bitcoin ~1 MB • транзакции ожидают своей очереди в mempool
- 23. Транзакции в mempool сети Bitcoin
- 25. Bitcoin-NG • генерируем блок • добавляем туда транзакции
- 26. Bitcoin-NG • генерируем блок • добавляем туда транзакции • и так, пока не будет следующего блока
- 27. Waves-NG • первая прикладная реализация
- 28. Waves-NG • первая прикладная реализация • завтра можно будет протестировать
- 29. Waves-NG • первая прикладная реализация • завтра можно будет протестировать • просто погуглите “waves ng”
- 30. Транзакция 1 7 5 4 3 … 4 2 5 0 2 0 0 1 0 9 9 … 9 9 тип транзакции адрес получателя сумма комиссия метаданные
- 36. Блок • хранит в себе транзакции
- 37. Блок • хранит в себе транзакции • ссылается на предыдущий блок
- 38. Блок • хранит в себе транзакции • ссылается на предыдущий блок • приносит прибыль тому, кто его сгенерировал
- 39. Блок timestamp
- 40. Блок timestamp hash from previous block
- 41. Блок timestamp other metadata hash from previous block
- 42. Блок timestamp other metadata hash from previous block
- 43. Блок timestamp other metadata hash from previous block generator’s signature
- 44. Блок timestamp nonce other metadata hash from previous block generator’s signature
- 45. Цепочка блоков timestamp nonce other metadata hash from previous block generator’s signature
- 46. Цепочка блоков timestamp nonce other metadata hash from previous block generator’s signature timestamp nonce other metadata hash from previous block generator’s signature
- 47. Цепочка блоков timestamp nonce other metadata hash from previous block generator’s signature timestamp nonce other metadata hash from previous block generator’s signature
- 48. Цепочка блоков timestamp nonce other metadata hash from previous block generator’s signature timestamp nonce other metadata hash from previous block generator’s signature timestamp other metada hash from previou generator’s sign
- 49. Синхронизация блоков • блок весит сравнительно много
- 50. Синхронизация блоков • блок весит сравнительно много • синхронизация не мгновенна
- 51. Синхронизация блоков • блок весит сравнительно много • синхронизация не мгновенна • блоки могут появиться одновременно
- 52. Форк 22 23 24
- 53. Форк 22 23 24 25b 25a • генерация — раз в N секунд
- 54. Форк 22 23 24 25b 25a • генерация — раз в N секунд • случайное событие
- 55. Форк 22 23 24 25b 25a • генерация — раз в N секунд • случайное событие • вероятность падает
- 56. Форк 22 23 24 25b 25a 26 27 …
- 57. Кто сгенерирует следующий блок?
- 58. Кто сгенерирует следующий блок? Это решается посредством консенсуса:
- 59. Кто сгенерирует следующий блок? Это решается посредством консенсуса: • Proof-of-Work • Proof-of-Stake • Proof-of-Activity • Proof-of-Burn • другие экспериментальные протоколы
- 60. Proof-of-Work • борьба со спамом
- 61. Proof-of-Work • борьба со спамом • Bitcoin
- 62. Proof-of-Work • борьба со спамом • Bitcoin • улучшения и альткоины
- 63. Proof-of-Work: майнинг timestamp nonce other metadata hash from previous block generator’s signature • слегка меняем блок
- 64. Proof-of-Work: майнинг timestamp nonce other metadata hash from previous block generator’s signature • слегка меняем блок • берём от него хэш
- 65. Proof-of-Work: майнинг timestamp nonce other metadata hash from previous block generator’s signature • слегка меняем блок • берём от него хэш • проверяем на соответствие некоему критерию
- 66. Proof-of-Work: майнинг timestamp nonce other metadata hash from previous block generator’s signature • слегка меняем блок • берём от него хэш • проверяем на соответствие некоему критерию • N нулей в начале хэша
- 68. Proof-of-Work: майнинг timestamp 1 other metadata hash from previous block … 000197f82d
- 69. Proof-of-Work: майнинг timestamp 1 other metadata hash from previous block … timestamp 2 other metadata hash from previous block … 000197f82d 002d81b533
- 70. Proof-of-Work: майнинг timestamp 1 other metadata hash from previous block … timestamp 2 other metadata hash from previous block … timestamp other m hash from p 000197f82d 002d81b533 7305f
- 72. Proof-of-Work: майнинг timestamp 1001 other metadata hash from previous block … a0d58910dd
- 73. Proof-of-Work: майнинг timestamp 1001 other metadata hash from previous block … timestamp 1002 other metadata hash from previous block … a0d58910dd 00001a2fb3
- 74. Майнинг в Proof-of-Work • вероятность пропорциональна мощности железа
- 75. Майнинг в Proof-of-Work • вероятность пропорциональна мощности железа • больше видеокарт — больше хэшей
- 76. Майнинг в Proof-of-Work • вероятность пропорциональна мощности железа • больше видеокарт — больше хэшей • и больше счета за электроэнергию
- 79. Энергопотребление растёт ~25 TWh 8 окт 14 окт 20 окт 26 окт 1 ноя
- 80. Proof-of-Stake
- 81. Proof-of-Stake • не требует ресурсов на вычисления
- 82. Proof-of-Stake • не требует ресурсов на вычисления • сложнее в реализации
- 83. Proof-of-Stake • не требует ресурсов на вычисления • сложнее в реализации • есть атаки на наивный алгоритм
- 84. Proof-of-Stake • не требует ресурсов на вычисления • сложнее в реализации • есть атаки на наивный алгоритм • у нас в Waves — как раз он
- 85. Отличия в структуре блока • сложность timestamp target other metadata generating signature generator’s signature
- 86. Отличия в структуре блока • сложность • генерирующая подпись timestamp target other metadata generating signature generator’s signature
- 87. Майнинг в Proof-of-Stake • сложность рассчитывается для каждого участника
- 88. Майнинг в Proof-of-Stake • сложность рассчитывается для каждого участника • базовая сложность
- 89. Майнинг в Proof-of-Stake • сложность рассчитывается для каждого участника • базовая сложность * баланс
- 90. Майнинг в Proof-of-Stake • сложность рассчитывается для каждого участника • базовая сложность * баланс * время с прошлого блока
- 91. Майнинг в Proof-of-Stake • сложность рассчитывается для каждого участника • базовая сложность * баланс * время с прошлого блока • чем выше это значение, тем меньше сложность
- 92. Майнинг в Proof-of-Stake • случайное значение тоже считается индивидуально
- 93. Майнинг в Proof-of-Stake • случайное значение тоже считается индивидуально • это хэш от:
- 94. Майнинг в Proof-of-Stake • случайное значение тоже считается индивидуально • это хэш от: • генерирующей подписи прошлого блока
- 95. Майнинг в Proof-of-Stake • случайное значение тоже считается индивидуально • это хэш от: • генерирующей подписи прошлого блока • публичного ключа участника
- 96. Майнинг в Proof-of-Stake • случайное значение тоже считается индивидуально • это хэш от: • генерирующей подписи прошлого блока • публичного ключа участника • чем меньше это значение, тем больше шансы
- 97. Майнинг в Proof-of-Stake • каждый участник “играет в лотерею”
- 98. Майнинг в Proof-of-Stake • каждый участник “играет в лотерею” • если его хэш:
- 99. Майнинг в Proof-of-Stake • каждый участник “играет в лотерею” • если его хэш: • попадает в сложность (меньше, чем target)
- 100. Майнинг в Proof-of-Stake • каждый участник “играет в лотерею” • если его хэш: • попадает в сложность (меньше, чем target) • раньше всех по времени
- 101. Майнинг в Proof-of-Stake • каждый участник “играет в лотерею” • если его хэш: • попадает в сложность (меньше, чем target) • раньше всех по времени • то он генерирует блок
- 102. Майнинг в Proof-of-Stake timestamp target other metadata generating signature generator’s signature Node 1 Node 2 Node 3
- 103. Майнинг в Proof-of-Stake timestamp target other metadata generating signature generator’s signature 50000 Node 1 Node 2 Node 3
- 104. Майнинг в Proof-of-Stake timestamp target other metadata generating signature generator’s signature 50000 Node 1 70000 Node 2 Node 3
- 105. Майнинг в Proof-of-Stake timestamp target other metadata generating signature generator’s signature 50000 Node 1 70000 Node 2 60000 Node 3
- 106. Майнинг в Proof-of-Stake timestamp target other metadata generating signature generator’s signature 50000 Node 1 70000 Node 2 60000 Node 3 Hash(s, p)
- 107. Майнинг в Proof-of-Stake timestamp target other metadata generating signature generator’s signature 50000 Node 1 70000 Node 2 60000 Node 3 Hash(s, p) 140000
- 108. Майнинг в Proof-of-Stake timestamp target other metadata generating signature generator’s signature 50000 Node 1 70000 Node 2 60000 Node 3 Hash(s, p) 90000140000
- 109. Майнинг в Proof-of-Stake timestamp target other metadata generating signature generator’s signature 50000 Node 1 70000 Node 2 60000 Node 3 Hash(s, p) 3000090000140000
- 110. Майнинг в Proof-of-Stake timestamp target other metadata generating signature generator’s signature 50000 Node 1 70000 Node 2 60000 Node 3 3000090000140000
- 111. Grinding attacks • атакующий ищет перебором оптимальную цепочку
- 112. Grinding attacks • атакующий ищет перебором оптимальную цепочку • и перекидывает баланс с адреса на адрес
- 113. Grinding attacks: защита • минимальный генерирующий баланс
- 114. Grinding attacks: защита • минимальный генерирующий баланс • задержка в обновлении этого баланса
- 116. Гибридные алгоритмы консенсуса • Proof-of-Activity • TwinsCoin • Ouroboros