Proof of activity что это
Proof of activity что это
Proof-of-Activity
Основными алгоритмами консенсуса в настоящий момент являются хорошо известные PoW и PoS. Они вполне удовлетворяют большинство разработчиков криптовалют, но каждый из них имеет свои недостатки. Первый слишком требователен к ресурсам, а второй имеет специфику обогащать и без того богатых пользователей. В связи с этим блокчейн-разработчики постоянно ищут способы совершенствования функционирования сети.
Благодаря таким изысканиям и был разработан проект гибридного алгоритма Proof-of-Activity, который представляет собой симбиоз двух вышеуказанных популярных механизмов.
Proof-of-Activity (доказательство полномочий, англ.) – гибритный алгоритм, совмещающий принципы Proof-of-Work и Proof-of-Stake. То есть блоки PoS ищутся параллельно с блоками PoW, и блокчейн Proof-of-Activity состоит из блоков обоих типов.
PoW майнеры осуществляют классический майнинг для первоначального распределения монет в сети – генерируют новую криптовалюту. PoS майнеры, или скорее холдеры, не имеют возможности добывать новые монеты, но играют важную роль в процессе подтверждения транзакций. Причем подтверждение транзакций может быть осуществлено только после того, как первые проделают определенную работу. Таким образом в алгоритме Proof-of-Activity достигается такой баланс, когда одни майнеры не могут перехватить контроль над другими, что приводит к повышению общей децентрализации и безопасности сети.
Как работает Proof-of-Activity?
Особенности Proof-of-Activity
Безопасность сети
Блокчейн Proof-of-Activity имеет довольно высокую стойкость к атакам, так как вышеупомянутые «заготовки» служат своего рода точкой сохранения информации. Они несут в себе информацию обо всех предыдущих блоках, который были подтверждены другими пользователями сети.
Непрерывный обмен данными
Для формирования блока с транзакциями данный алгоритм требует от пользователей постоянного обмена данными: PoW майнеры генерируют монеты, а PoW холдеры подтверждают транзакции. Такой процесс в свою очередь уменьшает нагрузку на сеть.
Повышение децентрализации
Алгоритм Proof-of-Activity делает невозможным атаку 51% и контроль всего блокчейна одним участником. Даже в случае, если один из пользователей завладеет 50% всех монет сети, он не сможет генерировать новые блоки. PoW майнеры имеют возможность выкидывать те «заготовки» злоумышленников.
Подводя итог, можно сказать, что механизм Proof-of-Activity является довольно интересным решением для объединения двух популярных алгоритмов и минимизации их недостатков.
Однако, в настоящий момент алгоритм не нашел практического применения и существует только как концепция на бумаге.
Proof-of-Activity как перспективный алгоритм работы
Консенсусные алгоритмы, по исследованиям Microsoft, являются самыми надежными инструментами в условиях конкуренции блокчейнов. На сегодняшний день компании используют несколько типов протоколов подтверждения записей: Proof-of-Work, Proof-of-Stake, Proof-of-Space, Proof-of-Authority, их вариации, а также гибридные алгоритмы, которым и является Proof-of-Activity, именно о нем сегодня пойдет речь.
Про то, что представляет из себя основная масса этих алгоритмов, каждый может прочитать и в Википедии. Мы же обратим пристальное внимание на последний из них, а именно Proof-of-Activity. Но все равно настоятельно рекомендуем прочитать про остальные алгоритмы, поскольку это будет необходимо для понимания принципов работы Proof-of-Activity.
Алгоритм был придуман не так давно (в 2014 году), и не зря его называют гибридом: он соединяет в себе черты Proof-of-Work и Proof-of-Stake.
Процесс записи в блокчейне начинается с создания майнерами заготовки для блоков с указанием хэша предыдущего блока, собственных данных (публичного адреса), индекса текущего блока и одноразового кода. После генерации заголовка пустого блока, если он отвечает текущим требованиям сложности, узел рассылает этот заголовок в сеть. Такие заготовки должны обладать числом, меньшим того, которое задает система. Важный момент: во время операции нет нужды просчитывать весь блок транзакций, как в случае с PoW, электроэнергии на эти операции уходит существенно меньше. Фактически каждый при таком раскладе может быть PoS-майнером (читайте о том, что такое Proof-of-Stake), и в данном случае их называют уже стейкхолдерами. Заготовку должны подписать определенное количество стейкхолдеров, после чего формируется полноценный блок и вписывается в блокчейн. Если кто-то из холдеров (подписантов) в этот момент недоступен или не участвует, то генерируются новые заготовки с различными наборами холдеров.
В итоге, награда за сформированный блок распределяется между майнерами и холдерами. Это избавляет систему от преимуществ майнеров и вводит фактически еще одну степень защиты. Начисление токенов за добычу блока происходит в среднем 1 раз в день, что сделано для защиты от получения контроля над большей частью вычислительных мощностей или взлома алгоритма.
Для защиты этого алгоритма существует несколько схем. Первая из них – это те самые заготовки, которые служат своего рода точкой сохранения информации, и каждая из таких точек несет в себе информацию о предыдущих блоках, подтвержденными участниками сети, но не включает в себя весь список транзакций. Такое разделение необходимо потому, что работа Proof-of-Activity четко разделена между PoW-майнерами, создающими монеты, и PoS-холдерами, которые подтверждают транзакции. Таким образом и уменьшается нагрузка на сеть, и поэтому алгоритм требует постоянного обмена данными для формирования блока с транзакциями: блок начинают майнеры, а заканчивают холдеры, говоря простыми словами.
Еще одна ступень защиты – алгоритм делает невозможным контроль сети одним участником, даже если найдется такой Зевс, который будет владеть половиной монет в сети: он не сможет самостоятельно заниматься созданием новых блоков. Майнеры, делая свою работу, попросту смогут выкидывать из сети заготовки, позволяющие атакующим единолично формировать блокчейн.
Таким образом, алгоритм PoA является крайне интересным гибридом, где участники застрахованы друг от друга: PoA-майнинг не дает возможности PoA-майнерам или PoS-майнерам монополизировать сеть.
На сегодняшний день среди всего многообразия блокчейн-проектов лишь два из них используют Proof-of-Activity: это созданный в 2015 году Decred и новый проект Enecuum.
Причем, подчеркнем, Decred прямо не указывает свою принадлежность к PoA, поэтому включение его в данный микросписок весьма условно. Decred является криптовалютой (DCR), в которой основной упор делается на гибридную систему PoW/PoS без прямого указания, что именно эта система – PoA. У нее в описании просто прямо написано, что данная гибридная система используется для гарантии того, что небольшая группа не может доминировать в потоке транзакций или вносить изменения в Decred без участия сообщества. Данный проект создавался с идеей полноценного и открытого участия всех желающих. Таким образом, не называя себя PoA-проектом напрямую, Decred исповедует те же принципы.
Второй проект, Enecuum, уже прямо предлагает свой вариант с использованием протокола Proof of Activity (PoA). Реализована возможность подтверждения транзакций с практически любого подключенного к сети устройства, что и позволяет добиться максимально возможной степени распределённости системы и её высокой устойчивости к различным атакам.
Соответственно, работа системы уже была описана выше. Майнеры ищут нужное число для блоков разной величины (по системе Proof-of-Work), победитель заполняет блоки транзакциями, а затем, на второй стадии, новый блок подписывают 64 владельца узлов сети, отобранные случайным образом. После этого запись проверяет еще один владелец узла (также случайный) – и тут уже в дело вступает схема Proof-of-Stake, когда владеющий узлом максимальное время в сети является наиболее вероятным кандидатом для участия в проверке. Таким образом, создание состоит из трех этапов, а вознаграждение участники получают по следующей схеме: 70% уходят первому майнеру, 20% делятся между 64 подписантами и еще 10% достаются проверяющему.
Проект Enecuum еще не запущен полностью: пока работает только майнинговый механизм, в ближайшее время ожидается эмиссия токенов и процесс открытого майнинга.
Как мы видим, прогрессивный алгоритм Proof-of-Activity пока еще не нашел широкого применения, но, обладая несомненными преимуществами перед Proof-of-Work и Proof-of-Stake, точнее – комбинируя их, он, безусловно, заинтересует участников новых проектов, будучи менее затратным во всех смыслах, а также более безопасным алгоритмом.
Доказательство активности
Опубликовано 22.06.2021 · Обновлено 22.06.2021
Что такое Доказательство активности?
Ключевые моменты
Понимание Proof-of-Activity (PoA)
С помощью системы PoW майнер может добывать или проверять транзакции в зависимости от объема эффективной работы, которую они уже внесли в цепочку блоков. По мере роста затрат на электроэнергию и оборудование в результате увеличения сложности майнинга в сетях PoW в качестве альтернативы появилась система PoS.
В системе PoS способность майнера добывать или аутентифицировать транзакции зависит от того, сколько монет криптовалюты они хранят. Хотя система PoS позволяет сократить счета за электроэнергию, ее непреднамеренный побочный эффект заключается в том, что она может способствовать накоплению монет (а не расходам).
Системы PoW и PoS предназначены для предотвращения вероятности атаки 51% – ситуации, когда группа участников получает контроль над более чем половиной вычислительной мощности сети для майнинга. Опасность атаки 51% состоит в том, что эта группа может иметь полный контроль над сетью, включая возможность останавливать подтверждение новых транзакций, останавливать платежи между различными пользователями блокчейна и даже отменять транзакции, выполненные в прошлом во время их контроля. сети, что позволяет им дважды тратить монеты криптовалюты.
PoA также предотвращает вероятность атаки 51%, как в POW и POS, потому что невозможно предсказать, кто будет подписывающим партнером в будущем, а конкуренция по экономии монет между подписавшими не позволяет аккумулировать вычислительную мощность в пределах группа.
Особые соображения
Процесс майнинга в системе Proof-of-Activity (PoA)
Система PoA – это попытка объединить лучшие аспекты систем PoW и PoS. В PoA процесс майнинга начинается так же, как и в процессе PoW, когда различные майнеры пытаются опередить друг друга более высокой вычислительной мощностью, чтобы найти новый блок. Когда новый блок найден (или добыт), система переключается на PoS, при этом вновь найденный блок содержит только заголовок и адрес вознаграждения майнера.
На основе деталей заголовка выбирается новая случайная группа валидаторов из сети блокчейн; они необходимы для подтверждения или подписания нового блока. Чем больше монет у валидатора, тем больше у него шансов быть выбранным в качестве подписавшего.
Как только все валидаторы подписывают вновь найденный блок, он получает статус полного блока, он идентифицируется и добавляется в сеть цепочки блоков, и транзакции начинают записываться в нем. В случае, если некоторые из выбранных подписывающих лиц не могут подписать блок до завершения, процесс переходит к следующему выигрышному блоку с новым набором валидаторов, выбираемых случайным образом (в зависимости от их доли монет). Этот процесс продолжается до тех пор, пока выигравший блок не получит необходимое количество подписавших и не станет полным блоком. Комиссионные / вознаграждения за майнинг делятся между майнером и различными валидаторами, которые внесли свой вклад в свои соответствующие роли, чтобы подписать блок.
Поскольку система PoA объединяет PoW и PoS, она вызывает критику за частичное использование обоих. Для добычи блоков на этапе PoW по-прежнему требуется слишком много энергии, и у хранителей монет по-прежнему больше шансов попасть в список подписавших и накопить больше вознаграждений в виртуальной валюте.
Пример подтверждения активности (PoA)
Decred (DCR) – самая известная криптовалюта, использующая механизм консенсуса PoA.В Decred блоки создаются примерно каждые пять минут. Процесс майнинга Decred начинается с того, что узлы (компьютеры, которые участвуют в сети) ищут решение криптографической головоломки с известным уровнем сложности, чтобы создать новый блок. Пока что этот процесс напоминает систему PoW.
Как только решение найдено, оно транслируется в сеть.Затем сеть проверяет решение.На этом этапе система становится PoS.Чем больше DCR добыл узел, тем больше вероятность, что он будет выбран для голосования по блоку.(В блокчейне DCR заинтересованные стороны зарабатывают билеты, которые дают им право голоса в обмен на майнинг DCR.) Пять билетов выбираются псевдослучайно из пула билетов;если хотя бы трое из пяти проголосуют «за», чтобы подтвердить блок, он навсегда добавляется в цепочку блоков.И шахтеры, и избиратели награждаются DCR.
Обзор альтернатив Proof of Work. Часть 2. Proof of Activity, Proof of Burn, Proof of Capacity и генералы
PoW vs PoS: что еще?
Итак, энергоэффективность Proof of Stake – это палка о двух концах. С одной стороны, энергия-то не тратится, с другой – без этих трат модель распределенного консенсуса выглядит несколько неустойчиво.
Какие еще аргументы можно привести? Против PoS не раз высказывается мнение, что эта схема «делает богатых богаче». И в самом деле: тот, у кого больше всех монет, будет находить больше всех блоков и получать больше всех прибыли, увеличивая число этих монет. На самом деле, в таком виде это обвинение можно высказать и в лицо PoW: тот, кто вложил больше всех денег в железо, будет получать и больший доход, это естественно.
Но картина начинает выглядеть по-другому, если мы говорим о криптовалюте… где PoS начинает работать с первого блока. И используется для эмиссии новых денег. Тот, кто имеет, скажем, 10% от всех монет на старте, будет находить 10% всех блоков, и значит получать 10% эмиссии. То есть, купив вначале 10 монет из 100 возможных, он будет иметь 100 тысяч из миллиона через некоторое время. Неплохая сделка, да?
Как видите, проблема с PoS возникает, когда этого самого ограниченного ресурса – монет – в системе ОЧЕНЬ ограниченное количество. Абсолютные величины становятся гораздо важнее относительных – а ведь модель безопасности блокчейна оперирует именно относительными величинами («половина мощностей сети должна быть под контролем честных участников»).
Кроме того, PoS не решает вопрос о начальном распределении монет. То есть решает – но «нечестно». До сих пор еще не умолкают обвинения в сторону Pure PoS-based валюты NXT, где практически вся денежная масса оказалась в руках нескольких десятков человек.
Вывод таков: чистая PoS система не слишком приспособлена для выживания в дикой среде криптовалют. Но что если скрестить ее с PoW?
Гибридные системы. Proof-of-Activity
Стандартная гибридная схема, совмещающая PoW и PoS, по факту реализована в очень многих клонах PeerCoin, как и в нем самом. Блоки PoW ищутся наравне с блоками PoS, т.е. блокчейн состоит из блоков обоих типов.
Какие преимущества это дает? Во-первых, «переписать историю» уже совсем не так просто, т.е. PoW-блоки могут служить некоторого рода чекпоинтами, если учитывать суммарную сложность работы во всей цепочке. Транзакции, которые включены в блоки с «реальной» работой внушают большее доверия продавцам. Во-вторых, через PoW блоки может производиться «честная» эмиссия новых денег, а PoS рассматриваться как «ежегодный доход от депозита».
Однако проблема с nothing-on-stake все же остается: искать PoS-блоки можно на любой высоте. Возникает идея: использовать в одном блоке одновременно оба подхода, чтобы, так сказать, и накормить Stake-волка, и уберечь электрическую овцу. Мечту об этих электроовцах воплотили в жизнь (пока только на бумаге) в 2014 году Iddo Bentov et al и назвали Proof of Activity (PoA).
PoA работает довольно просто:
В PoA каждый блок является продуктом совместного участия как PoW, так и PoS-майнера. И основной момент здесь в том, что холдеры вступают в игру лишь после того, как некоторая работа произведена PoW-участниками. Иными словами, даже если существует некий владелец 50% монет, то он не может единолично управлять созданием новых блоков. Во-первых, при больших значениях N ему приходится считаться с другими холдерами (если N=3, то вероятность «быть выбранным» единолично – 0.5*0.5*0.5 = 12,5%). Во-вторых, PoW-майнеры могут просто-напросто его игнорировать: то есть «выбрасывать» те заготовки блоков, которые дают возможность «монополисту» подписывать блоки.
Как было сказано, пока PoA остается лишь теоретическим проектом. А жаль…
Немного экзотики
Конечно же, кроме PoW и PoS предлагались и другие proof-of-choose-your-name: в интернете всегда не хватает доказательств.
Proof of burn работает именно так, как вы и подумали: вместо сжигания электричества нужно уничтожать цифровые монеты. Нет, форматировать жесткий диск не нужно. «Сжигание» происходит путем отправки денег на такой адрес, с которого гарантированно нельзя их потратить. Например, на адрес, который является хэшом случайного числа, – шансы подобрать к нему соответствующий публичный и приватный ключи ничтожно малы.
Итак, избавляясь таким образом от своих монет, вы получаете право на пожизненный майнинг, который тоже устроен как лотерея среди всех владельцев сожженных монет. И, понятно дело, чем больше вы сожгли – тем больше ваши шансы. По сути, это как покупка за монеты виртуального PoW-железа, которое никогда не испортится. Или как PoS-депозит, который уже не вернуть обратно.
Такой способ, как отмечает и сам автор, не подходит для раннего этапа развития криптовалюты. Но хорошо (в том числе и с экономической точки зрения) должен служить «в зрелые годы», когда основная денежная масса уже сгенерирована.
Proof of Capacity представляет собой реализацию популярной идеи «мегабайты как ресурсы». Ничего сжигать-уничтожать не нужно, но необходимо выделить существенный объем дискового пространства, чтобы включиться в майнинг. Помимо энергоэффективности такого решения, есть и другой момент: защита от ботнета. Довольно сложно установить на компьютере жертвы майнер, который бы незаметно отхватил бы пару терабайт.
Алгоритм создает на диске много крупных блоков данных, которые получаются многократным хэшированием из вашего публичного ключа и случайных чисел. Из последнего заголовка блока мы получаем число-индекс, и берем в каждом нашем большом блоке данных небольшой кусочек с эти индексом. Чем больше места выделили – тем больше кусочков у нас есть. Дальше как обычно: хэш от кусочка и последнего заголовка должен быть меньше, чем цель (с учетом текущей сложности). Короче говоря, каждый ваш мегабайт HDD – это дополнительный лотерейный билет в майнинге.
Данная реализация, мягко говоря, не идеальна. Во-первых, в ней остается проблема nothing on stake: вы можете мгновенно пробежаться по всем своим терабайтам, чтобы проверить свои шансы в альтернативной цепочке, как и в случае PoS. То есть одновременно майнить сразу несколько цепочек, не затрачивая лишних ресурсов. Во-вторых, обращения к диску занимают довольно существенное время и, вероятно, эффективнее будет просто генерировать новые chunks на лету с помощью простого ASIC. Тогда мы просто получаем PoW-алгоритм.
Существует также похожая концепция с «мегабайтами» – Proof-of-Storage, но там выделенное место используется всеми участниками как совместное облачное хранилище. Эта идея довольно интересная, но одно ее описание будет слишком велико для данной статьи. Вы можете ознакомиться с дизайном системы на сайте.
Я подозреваю, что существует еще десятки различных proof-of-look-mum-no-hands, о которых мало кто слышал. Возможно, среди них есть свои жемчужины.
Математическое дополнение: при чем тут генералы?
В computer science есть задача под названием «Проблема Византиских генералов». Она формулируется так:
Византия. В ночь перед великим сражением, Византийская армия содержит n легионов. Каждый из них подчиняется своему генералу. У всей византийской армии есть главнокомандующий, руководящий генералами. Империя находится в упадке, и среди генералов, включая главнокомандующего, могут быть предатели. В течение всей ночи каждый из генералов получает от предводителя приказ о действии на утро. Это может быть один из двух вариантов: «атаковать» или «отступать». Если все честные генералы атакуют — они одержат победу. Если все отступят — им удастся сохранить армию. Если часть атакуют, а часть отступят — они терпят поражение. Если главнокомандующий предатель, он может дать разным генералам разные приказы, следовательно, его приказы не стоит выполнять беспрекословно. Если же каждый генерал будет действовать независимо от других, результаты битвы также могут быть плачевными. Поэтому генералы нуждаются в обмене информацией друг с другом, чтобы прийти к соглашению.
Какое отношение это имеет к криптовалютам? Ответ на это дает сам Сатоши: с помощью механизма Proof of work генералы могут справиться с этой задачей (которая, вообще говоря, является довольно сложной на практике – а для двух генералов и вовсе нерешаемой!). По сути, им необходим алгоритм как раз для установления распределенного консенсуса – способ узнать, «как думает большинство», и самому внести свой вклад.
В криптовалюте генералы – это узлы сети, а их сообщения – это цепочка блоков: истинной считается та, что длиннее (точнее, над которой было произведено больше работы). Тут есть одно важное замечание: в модели Сатоши мы получаем вероятностное решение («если атакующий имеет долю хэшрейта x%, то он сможет обмануть сеть с вероятностью y%»), в то время как классическая задача подразумевает детермированный алгоритм. Подробнее о различиях и формальном подходе вы можете прочитать тут.
Сатоши покинул сцену до появления на ней Proof of Stake и других альтернатив, поэтому мы вряд ли узнаем его мнение об их применимости к задаче Византийских генералов. Очевидно, что все не так просто: чистый PoS, как мы видели, не столь безопасен, как чистый PoW (no free lunch). Другие варианты – гибридные протоколы или совсем иные подходы – справляются ли они? Вопрос пока открыт.
Proof of Activity
Некоторые полагают, что это может вызвать проблемы с безопасностью, обусловленные «трагедией общих ресурсов», когда люди действуют в своих корыстных интересах и наносят вред системе. Таким образом, алгоритм «Доказательство активности» был создан как альтернативная система стимулирования для биткоина. Доказательство активности – это гибридный подход, который сочетает в себе как доказательство работы, так и доказательство доли.
В доказательстве активности майнинг начинается в традиционной манере доказательства работы, где майнеры соревнуются между собой в решении криптографической головоломки. В зависимости от реализации, намайненные блоки не содержат никаких транзакций (они больше похожи на шаблоны), поэтому блок-победитель будет содержать только заголовок и адрес вознаграждения майнера.
На этом этапе система переключается на доказательство доли. Исходя из информации в заголовке, чтобы подписать новый блок выбирается случайная группа валидаторов. Чем больше монет в системе принадлежит валидатору, тем больше вероятность того, что он будет выбран. Шаблон становится полноценным блоком, как только все валидаторы его подпишут.
Если некоторые из выбранных валидаторов не доступны для завершения блока, то выбирается следующий блок-победитель, выбирается новая группа валидаторов и так далее, пока блок не получит нужное количество подписей. Вознаграждения разделяются между майнером и валидаторами, подписавшими блок.
Критика в отношении доказательства активности такая же, как и в отношении доказательства работы (для майнинга блоков требуется слишком много энергии) и доказательства доли (нет ничего, чтобы удержать валидатора от соблазна двойного подписания).