Utforske Cryptoverse og kompromisset mellom sikkerhet og myntsetting

HodlX gjestepost  Send inn innlegget ditt

De siste årene har skapt betydelig interesse for blockchain-nettverk. Dette har resultert i betydelig fremgang i teorien om slike distribuerte nettverk. Spesielt har tilhengere samlet mer data om mulige blockchain-design, deres begrensninger og deres avveininger.

Dette innlegget er viet til en slik avveining mellom sikkerhet og myntopprettingshastigheten. Spesielt vil vi prøve å svare på spørsmålet om det er gyldig å si at design basert på bevis på innsats (PoS) kan gi en bedre versjon av denne avveien enn design basert på bevis på arbeid (PoW).

La oss først diskutere hvorfor ovennevnte avveining til og med eksisterer, og hvorfor det betyr noe. I 2008 introduserte Bitcoin-blockchain en måte å løse problemet med “bysantinske generaler” med bevis på arbeid. I denne designen vedlikeholdes en blockchain av gruvearbeidere som blir belønnet for sitt arbeid. Høy belønning tiltrekker flere gruvearbeidere til å bli med i nettverket, og stimulere dem til å hente inn og bruke mer gruveutstyr. Som et resultat blir nettverket mer desentralisert og sikkert.

En gruvebelønning består ofte av både transaksjonsgebyrer og en blokkbelønning. I noen blockchain-nettverk som Ripple består belønningen for blokkprodusenter bare av transaksjonsgebyret. Imidlertid er det i dette nettverket bare et begrenset antall noder som deltar i konsensus. Forskere påpeker at de eneste transaksjonsgebyrene er utilstrekkelige til å drive nettverket tilstrekkelig til å tiltrekke seg tusenvis av uavhengige gruvearbeidere. For eksempel tilsvarer bare 1% av belønningene i Bitcoin transaksjonskostnader i Bitcoin. Derfor er blokkbelønningen som består av nylig utstedte mynter et uunnværlig tilskudd for gruvearbeidere. Imidlertid kan denne jevne myntopprettingen føre til en reduksjon i myntverdien.

La oss kvantifisere begrepet “myntopprettingsfrekvens” gjennom følgende formel:

CCR = årsforsyning / totalforsyning

Det er åpenbart at høye verdier av CCR er gunstige for gruvearbeidere. I dette tilfellet får de flere belønninger for sitt arbeid. På den annen side er lav verdi av CCR gunstig for tilfeldige brukere og myntholdere. I dette tilfellet kan man forvente mindre inflasjon eller til og med deflasjon. Ofte er CCR et kompromiss mellom gruvearbeidere og nettverkssikkerhet, på den ene siden, og myntholdere og uformelle brukere, på den annen side. For øyeblikket har Bitcoin og andre store kryptovalutaer CCR rundt 2%.

Noen ganger hevder noen utøvere at bevis på innsats kan gi bedre blockchain-økonomi enn bevis på arbeid, og kan derfor bli en ryggrad for skalerbare blockchain-design basert på sharding. La oss bekrefte denne hypotesen.

Modellforutsetninger

Man kan stille spørsmål: Hvordan kan vi til og med sammenligne slike forskjellige systemer? Først og fremst er det mange forskjellige PoS-systemer. De har forskjellige egenskaper og kompromisser. På samme måte som andre forskere vil vi ekskludere systemene som setter begrensninger for hvem som kan bli med i valideringssettet fra studien. Slike systemer mister egenskapen til å være “tillatelsesløse” som ble oppnådd i utformingen av PoW-basert Bitcoin.

Et annet viktig krav er en løsning for et ingenting som står på spill. Uten en slik løsning kan systemet ikke løse gafler effektivt og kan ikke betraktes som sikkert.

Dermed er det perfekte målet for studien vår Ethereum 2.0, som later til å bygge en skjæret blockchain basert på bevis på innsatsen. Dette prosjektet later til å løse alle problemer som oppstår, men det har detaljert dokumentasjon, og utviklingsprosessen blir ofte eksponert i media. Selv om det er andre prosjekter rundt, vil vi ikke diskutere dem i denne artikkelen.

La oss sammenligne økonomien i Ethereum 2.0 med noe abstrakt blockchain-system basert på PoW som ligner på Bitcoin. For å gjøre en ærlig sammenligning, må vi anta at begge nettverk har samme størrelse.

Vi antar at begge nettverk har samme brukerbase, med samme nettverksaktivitet.

Vi antar at disse konkurrerende nettverkene har samme store bokstaver, i tillegg til samme daglige antall transaksjoner og volum.

Vi antar at brukerne betaler det samme volumet av transaksjonsgebyrer, og at disse avgiftene betaler langt mindre inntekt enn blokkbelønning.

Vi antar også at begge nettverkene har samme sikkerhetsnivå, spesielt i forhold til deres motstand mot dobbeltbruk-angrep.

Den siste paragrafen krever en detaljert forklaring. Det er kjent at blockchain-nettverk er sårbare for angrep med dobbeltbruk. Under et slikt angrep overbeviser den ondsinnede skuespilleren den hensynsløse brukeren om at en viss transaksjon var inkludert i hovedboken. Når brukeren oppfyller sin del av avtalen, oppretter angriperen en gaffel og reverserer transaksjonen. Imidlertid er denne typen angrep veldig kostbare i store nettverk som Bitcoin. Likevel blir små nettverk basert på PoW ofte ofre for slike angrep.

Lignende angrep er mulig i nettverkene basert på PoS. Selv stavkutting forhindrer ikke slike angrep. Man kan gjennomgå vår forrige artikkel om dette emnet.

For å gjennomføre et vellykket angrep, må den ondsinnede skuespilleren ta opp noen utgifter. Først må han skaffe seg tilstrekkelig kraft i nettverket. Når det gjelder PoS, må den ondsinnede aktøren samle tilstrekkelige mengder penger i innsatsen. I tilfelle av PoW, må den ondsinnede aktøren anskaffe tilstrekkelige mengder gruvedrift. For det andre kan angrepet kreve at det påløper ekstra utgifter basert på kjøretiden. Når det gjelder PoW, er det behov for å kjøpe strøm til gruvedrift og databehandlingsenheter. Når det gjelder PoS, er det bare behov for å kjøre databehandlingsenheter. Også en del av angriperens midler kan bli kuttet under angrepet. Så, utgiftene til dobbeltbruksangrepet har en annen struktur. Spørsmålet er: Hvilken tilnærming er bedre sett fra sikkerhet og økonomi?

Kravet om å anskaffe en tilstrekkelig mengde gruvedrift synes å være en vanskeligere oppgave enn å anskaffe tilstrekkelige mengder innsatser. Når det gjelder PoS-nettverk, kan angriperen i hemmelighet kjøpe mynter på det frie markedet og samle dem på flere lommebøker. Han kan bruke proxy-servere for å skjule det faktum at disse midlene kontrolleres av en enhet. Angriperen kan skjule sin ondsinnede intensjon til siste øyeblikk. I PoS-nettverket er det bare en del av midlene som er låst i innsatser og sikrer nettverkssikkerhet. Hvis bare 3% av mynttilførselen er låst i stakes av ærlige validatorer, er så lite som 6% av mynttilførselen tilstrekkelig til å gjennomføre et dobbeltanvendelsesangrep. I kontrast, i PoW-nettverket, må angriperen ofte kontrollere de fleste tilgjengelige gruvedriftressurser. Det er bare noen få store ASIC-produsenter på markedet, som Bitmain, Bitfury, Canaan og etc. De vet hvem de selger gruvedrift. Så de har muligheten til å forhindre konsentrasjonen av gruvedrift av en enkelt part, da det er en trussel for deres virksomhet.

Man kan stille spørsmål ved om det er et alternativ å leie maskinvaren. Det er mulig i tilfelle et lite nettverk med svak hashrate. Vi utelukker saken om et lite nettverk fra studien vår. Eiere av store gruvebruk er ikke interessert i å leie ut maskinvaren til mistenkelige enheter. Etter et vellykket dobbeltbruksangrep faller prisene på mynter og gruvedrift ofte. Så långivere kan miste mye mer enn de kunne tjene på maskinvarelånet, med mindre de har et annet lett tilgjengelig alternativ for å bruke maskinvaren. I en verden av PoW-blokkjeder brukes et dusin forskjellige hashingalgoritmer, som SHA256, Scrypt og Keccak. Hver blockchain prøver å ha sin egen spesifiserte hash å bruke når du signerer blokkoverskrifter. Ofte designer gruvedriftprodusenter en spesifikk serie ASIC-er for beregning av hver spesielle hasj. Slike ASIC er veldig kraftige og veldig energieffektive når de utfører sin primære jobb. De kan ha tusen ganger overlegenhet overfor generelle behandlingsmodeller. Imidlertid er disse ASIC-ene nesten ubrukelige for utførelse av vanlige beregninger. Så de er nesten ubrukelige til andre formål. I motsetning til dette, i PoS-nettverket, kunne lånte midler brukes til å utføre angrep. Den siste historien i Steem-nettverket avslørte at lånte midler kan brukes til å endre nettstyringen.

La oss sammenligne angriperens utgifter i løpet av kjøretiden. I PoW består de hovedsakelig av strømregninger. De krever tilgang til store kilder med billig strøm. Det er behov for å opprettholde sofistikert maskinvare for å håndtere høyspentlinjer. Denne innstillingen gjør angrep ganske vanskelig, kostbart og merkbart for tredjeparter. Høye strømregninger forhindrer angrep over lang rekkevidde. I PoS-nettverket er det derimot ikke behov for å kaste bort strøm til gruvedrift. Ofte blir dette faktum representert som en stor fordel med PoS fremfor PoW. Imidlertid forenkler det dobbeltbruk-angrep i nettverket. Man kan hevde at den ondsinnede skuespilleren må låse pengene sine i innsatsen i det lange tidsintervallet. Imidlertid, i tilfellet med Steem-nettverket, brukte en av partene sin eierandel til å endre styresett og låse opp midler i stavene. I dette perspektivet synes behovet for å “låse” midlene dine i dyr gruvedrift å være mer bindende og overbevisende.

Feil ved innsatsøkonomi

Vi konkluderte med at de administrativt angitte “innstillingene” av PoW-nettverk kunne gi mer solide sikkerhetsgarantier. Spørsmålet er: Hva skjer da med nettverksøkonomi og myntutstedelse?

La oss sammenligne to nettverk basert på modellen vår: ett basert på PoS og det andre er basert på PoW.

Anta at hastigheten på mynter i nettverket er fast.

Anta at den første har en markedsverdi på 66 milliarder dollar.

Anta at mynter i verdien på 6 milliarder dollar er satt inn.

La oss prøve å stille inn samme størrelse for det andre nettverket.

Anta at den har en markedsverdi på 60 milliarder dollar.

Anta at den samlede kostnaden for gruvedrift i den er 4 milliarder dollar.

Så – begge nettverkene vil ha samme myntforsyning i omløp. For å utføre et dobbeltbruk-angrep, må den ondsinnede skuespilleren bringe rundt 4 milliarder dollar i gruvedrift til det andre nettverket. I kontrast, i det første nettverket, må han kontrollere to tredjedeler av innsatsen. Det er de samme $ 4 milliarder som i det første tilfellet.

Talsmenn for PoS-systemer hevder at PoS kan ha mindre inflasjon enn den basert på PoW. De har følgende argument. La oss velge en innsatsbelønningskalkulator og plugin-data fra modellen vår. Vi satte 9,1% av den kvalifiserte tokenforsyningen som skulle stakes. Vi setter null til inntektene fra transaksjonsgebyrer og kostnadene ved å kjøre hele noden. Da er den årlige belønningsgraden fra innsats 5,22%.

I dette scenariet vokser mynttilførselen med 0,47% per år. Så – etter en årlig justering reduseres belønningen for innsatsen til 4,75%. Disse tallene ser attraktive ut siden på den ene siden innsats av belønninger gir et godt insentiv for interessenter, og på den annen side er myntspredningen beskjeden og setter lite nedadgående press på myntens markedsverdi.

Kritikk av PoS-økonomi fremhever imidlertid at andre scenarier med frastøtende tall er mulige. De har følgende argument. Innsats kan virke som en enkel og sikker måte å få inntekter på. I dag prøver mange brukere å tjene penger på veksten av visse mynter. Disse myntene skifter ikke eier på mange år. Et alternativ for å få ekstra penger fra staking er veldig interessant for slike investorer.

Som et resultat kan interessen for innsats føre til innsats på 30%, 50% eller til og med 90% av mynttilførselen. I følge stakingskalkulatoren involverer belønning for staking i disse scenariene mynthåndteringsgraden til henholdsvis 0,86%, 1,11% og 1,5%. Men siden en betydelig mengde mynter er låst i innsatser, er det behov for en justering som tar hensyn til det reelle volumet av mynter i omløp. Så, etter justeringen, kunne strømmen av nye mynter i forhold til det totale volumet av mynter i omløpet estimeres til henholdsvis 1,23%, 2,22% og 15%. Dermed kan mynteutstedelsen legge press på myntmarkedsprisen nedover. Den betydelige tilstrømningen av nye brukere og midler til systemet kan redusere inflasjonen og sannsynligvis forårsake deflasjon. Imidlertid forårsaker innsatsbelønningene en gang inflasjon når nettverksplattformene er. Dessuten kan denne inflasjonen være høyere enn belønningene for staking. La oss anta at nettverket er stillestående og deretter beregne innsatsbelønninger justert til inflasjonen. Tallene er som følger: henholdsvis 1,65%, 0% og -13,34%. Det er ikke fortjenesten man kan forvente. Interessenter kan prøve å selge sine innsatser når det er mulig. Dette problemet kan føre til volatilitet i markedsprisen på mynten.

Stresstesten

La oss studere oppførselen til PoS-nettverket i stress-scenariet. Anta at nettverket pleide å vokse lenge. Etter hvert som nye brukere kontinuerlig har blitt med i nettverket, har prisen på mynten vokst, og flere midler ble satt inn, og alle var fornøyde. Anta at 30% av mynttilførselen var forpliktet til innsatser. Så, plutselig, skjedde en lavkonjunktur. Aksjemarkedsverdien falt med 10%, og noen brukere begynte å selge myntene sine for å dekke deres uventede tap. La oss anta at ingen forventer at markedet vil komme seg på kort sikt. Anta at aktiviteten i nettverket gikk ned, og at prisen på myntene i omløp forventes å falle med minst 10% i de nærmeste månedene. Da har interessenter en grunn til å selge sine andeler, siden det ikke lenger er lønnsomt å satse. De taper mer penger enn de kan forvente å tjene på innsatsen. Midler som stod på spill trekkes ut, og går i omløp og utløser et valutakrasj. Markedet må deretter finne en ny likevekt. Spørsmålet er hvor skal dette være.

Absolutt bør staking bli lønnsomt. Så å sette belønninger bør adressere det pågående valutakrasj. Dette er imidlertid bare mulig hvis prosentandelen av innsatte midler faller under 5%. Så 25% av midlene som er låst i stavene, bør slippes i omløp. La oss gjøre et grovt estimat for den påfølgende priskorreksjonen. Så prisen på mynten etter den ærlige korreksjonen skal falle med rundt 1–0,9 * 0,7 / 0,95 = 34%. Priskorreksjon kan ta noen måneder, eller det kan skje nesten umiddelbart. I begge tilfeller vil myntholdere tape mye penger. Tilsynelatende kan systemet tåle denne stresstesten bare hvis et betydelig antall brukere mener at det fortsatt har en lys fremtid, og fortsatt er klare til å kjøpe og stake mynter.

Et annet stort problem er sikkerhet. I en slik stresstest kan prosentandelen av mynttilførselen i stakes falle under 5% eller til og med 2%. Da blir det billigere å få kontroll over skjærkomiteer. Ondsinnede aktører kan bruke denne muligheten til å utføre angrep med dobbeltbruk. I vår spesielle stresstest, hvis markedsverdien på mynten synker fra 66 milliarder dollar til 44 milliarder dollar, og bare 2% av myntene er igjen i innsats, må en ondsinnet aktør bare investere rundt 0,6 milliarder dollar for å starte et angrep, noe som betyr at et dobbeltbruksangrep er mye billigere å gjennomføre på et PoS-nettverk enn det er på et PoW-nettverk.

Derimot har sistnevnte mer styrke til å tåle en slik stresstest. Mynter fra tidligere innsatser har ikke en langsiktig effekt på prisen på mynten. Vanligvis blir all risiko tatt av gruvearbeidere. Hvis prisen på mynten synker, og gruvedrift blir mindre lønnsomt, slår de av de gamle ineffektive gruvedriftene. I tilfelle av Bitcoin kan hashfrekvensen falle med opptil 10%. Imidlertid er disse gruvedriftene ikke en del av mynttilførselen. De er eksterne enheter som ikke kan strømme inn i mynttilførselen. PoW-nettverket har en klar avgrensning mellom kapasiteten for bearbeiding av kapasitet for gruvedrift og mynttilførselen. I tilfelle stresstesten er dette en stor fordel.

Konklusjoner

PoW- og PoS-systemer har begge fordeler og ulemper. Når vi sammenligner dem når det gjelder sikkerhet, ser PoW ut til å være en mer solid grunnleggende prosess. En annen ting å vurdere er økonomi. Konsensus basert på PoS er en attraktiv løsning da den eliminerer avhengigheten av gruvedriftprodusenter. Imidlertid kan separasjon av mynttilførsel fra midler investert i gruvedrift være en betydelig fordel for et PoW-nettverk. I tilfelle markedsnedgang kan mynteprisen i PoS-nettverket falle dypere enn myntprisen i PoW-nettverket. Som vi har sett, kan det eksistere flere likevektsveier som fører til enten en stabil eller ustabil valutakurs i et PoS-nettverk, hvor noen av disse likevektsveiene fører til betydelig verditap og andre skadelige effekter. Vi har bare berørt dette emnet med noen få eksempler, men disse effektene kan være mer systemiske i tilfeller der ingen stabil verdi noen gang kan bli funnet med slike underliggende insentiver under spill, med mindre nettverket kontinuerlig tiltrekker seg nye brukere. Imidlertid er denne hypotesen åpenbart for restriktiv, og mer arbeid med ubestemmelighet av valutakursbalanse (f.eks. Kareken og Wallace, 1981) som brukes på et PoS-nettverk, bør være et emneområde for forskere å fordype seg i..

Vinod Manoharan er en teknologientreprenør og grunnlegger og administrerende direktør for Jax Multiversal Holdings, et holdingselskap hvis portefølje inkluderer online spillselskaper, betalingsportaler og Blockchain-teknologiselskaper. Manoharan er også grunnleggeren av JAX.Network, en teknisk oppstart i Ukraina, fokusert på blockchain-teknologi og mer spesifikt å løse det beryktede blockchain-skalerbarhetstrilemmaet.

Skrevet i samarbeid med Iurii Shyshatskyi, vitenskapelig sjef i JAX.Network.