II. ДИЛЕММА ФЕРМЕРОВ
Обратите внимание, что в любом блокчейне POC фермер, по определению, заинтересован в том, чтобы выделять как можно больше своих ограниченных ресурсов хранения для достижения консенсуса. Сравните это с желанием, чтобы все фул ноды резервировали хранилище для поддержания как текущего состояния, так и истории блокчейна. Эти конкурирующие требования ставят перед фермерами проблему: придерживаются ли они желаемого поведения, сохраняя состояние и историю, или они стремятся максимизировать свои собственные выгоды, вместо этого выделяя все доступное пространство для достижения консенсуса? Столкнувшись с этой "дилеммой фермера", рациональные фермеры всегда выберут последнее, фактически становясь легкими клиентами, одновременно снижая безопасность и децентрализацию сети. Это означает, что любой блокчейн PoC в конечном итоге консолидируется в единый большой фермерский пул с еще большей скоростью, чем это наблюдалось ранее в цепочках PoW и PoS.
Напомним, что в любом блокчейне в стиле Накамото новый узел консенсуса должен синхронизировать состояние цепочки с genesis, чтобы быть уверенным, что они действительно находятся в самой длинной действительной цепочке, что подразумевает доступность истории цепочки. Если большая часть узлов хранит историю, эти данные будут легко доступны, и сеть можно считать децентрализованной. Однако с течением времени и ростом истории хранилище нагрузка на все полные узлы также возрастает, и некоторые узлы могут выбрать сокращение истории, вместо этого сохраняя только текущее состояние цепочки. Эта тенденция была очевидна в сети Биткойн уже в 2014 году [5]. Если полные узлы не хранят историю, новые узлы должны вместо этого полагаться на альтруистические архивные узлы или сторонние хранилища данных для начальной синхронизации, что приводит к более централизованной сети. В блокчейне PoC фермеры ничего не выигрывают от хранения истории, но явно проигрывают в вознаграждении за блок, тем более что история растет, занимая все большую долю доступного дискового пространства. Чтобы продлить самую длинную действительную цепочку и взимать плату за действительные транзакции, фермер должен поддерживать сохраненное состояние цепочки. Поскольку состояние часто слишком велико, чтобы находиться в памяти, оно тоже должно конкурировать с консенсусом за драгоценное дисковое пространство. Хотя, возможно, это незначительно для UTXO с низкой пропускной способностью цепочки стилей, хранилище состояний имеет важное значение для любой цепочки стилей EVM или любой цепочки, которая стремится к масштабируемости базового уровня. Кроме того, все фермеры также обязаны вычислять состояние переход для каждого нового блока в рамках текущего процесса проверки, налагающий значительные вычислительные издержки, что противоречит стремлению к тому, чтобы сельское хозяйство было легкой задачей. Дилемма фермера затем усугубляет хорошо известную дилемму верификатора, еще больше повышая альтернативные издержки проверки [6].
Если фермер готов принять более слабую модель безопасности, он может вместо этого присоединиться к пулу доверенных фермерских хозяйств, в результате чего они делегируют функции проверки транзакций и блокировки оператору, в то время как фермер сосредотачивается исключительно на оценке блок бросает вызов их заговорам 2 . Это дает дополнительное преимущество, заключающееся в резком снижении вычислительных затрат , необходимых для участия в консенсусе, что соответствует идеалу многих мелких фермеров, предоставляющих неиспользуемое дисковое пространство на своих домашних компьютерах. Когда фермер находит правильное решение проблемы с блоком, он отправляет его оператору пула, который делает новый блок в обмен на часть вознаграждения за блок. До тех пор, пока плата ниже, чем альтернативные издержки местного производства блоков, рациональный фермер всегда предпочтет присоединиться к пулу. В блокчейнах PoW этот выбор в значительной степени продиктован стремлением к более плавной функции вознаграждения, поскольку, в отличие от присоединения к фермерскому пулу, присоединение к пулу майнинга не увеличивает общее вознаграждение.
Главная проблема этой модели заключается в том, что она не децентрализована. Несмотря на то, что фактическое консенсусное оборудование сильно распределено, по сравнению с существующими пулами майнинга PoW, операторы по-прежнему представляют собой точку централизации, более похожую на валидаторы в делегированных или назначенных протоколах POS. Однако, POS-системы, по крайней мере, предусматривают строгие наказания за плохое поведение, которые до сих пор срабатывали на практике. Поскольку фермеры в объединенной модели в лучшем случае действуют как легкие клиенты, масштабы действий для злонамеренных или вступающих в сговор операторов намного выше, чем в типичном блокчейне. Предположение о честном фермере большинства становится предположением о честном операторе большинства. Если это предположение не подтвердится, фермеры и большинство пользователей будут неспособность отличить действительные транзакции от мошеннических которые появляются в самой длинной цепочке, позволяя операторам создавать монеты из воздуха или тратить средства фермеров и пользователей по своему усмотрению. Дизайн блокчейна POC, похоже, застрял на грани дилеммы. С одной стороны, мы можем отказаться от цели сохранения фермерами истории, делая при этом все возможное, чтобы свести к минимуму бремя поддержания состояния таким образом, чтобы альтернативные издержки, связанные с запуском полного узла, оставались незначительными, давая фермерам мало стимулов для объединения. Это приводит к гораздо более ограниченная конструкция, исключающая смарт-контракты с сохранением состояния и даже скромную масштабируемость базового уровня. С другой стороны, мы можем отказаться от видения Накамото и принять объединенный консенсус как необходимое зло, как это в значительной степени было сделано в сообществах военнопленных и POS, по крайней мере, радуясь тому факту, что участие теперь является справедливым и устойчивым. В этой работе мы представляем третий вариант, который позволяет обойти дилемму фермера, не жертвуя безопасностью или децентрализацией сети, организованной следующим образом:
Чтобы предотвратить нужду фермеров отбрасывать историю, мы создаем новый протокол консенсуса PoC, основанный на доказательствах хранения истории самого блокчейна, в котором каждый фермер хранит столько доказуемо уникальных копий истории цепочки, сколько позволяет их дисковое пространство.
Чтобы гарантировать, что история остается доступной, фермеры формируют децентрализованную сеть хранения, которая позволяет истории оставаться полностью восстанавливаемой, сбалансированной по нагрузке и эффективно извлекаемой.
Чтобы освободить фермеров от бремени поддержания состояния и предварительной обработки избыточных вычислений, мы применяем классическую технику в распределенных системах разделения консенсуса и вычислений. Затем фермеры несут единоличную ответственность за порядок транзакций, в то время как отдельный класс узлов-исполнителей поддерживает состояние и вычисляет переходы для каждого нового блока.
Чтобы гарантировать, что исполнители будут нести ответственность за свои действия, мы используем систему депозитов, подлежащих проверке, и неинтерактивные доказательства мошенничества.
Для конкретности мы представляем этот подход в рамках модели Ethereum полностью программируемого блокчейна на основе учетных записей, который периодически фиксирует состояние всех учетных записей в заголовке блока, хотя мы считаем, что многие из предложенных методов могут быть применены в более общем плане для любого блокчейна в стиле Накамото.
Last updated