Ethereum: разработчики хотят объединить шардинг и Casper

15 июня разработчики Ethereum обсудили ключевые обновления второй по капитализации сети на крипторынке, внедрение которых запланировано на ближайшее время. Во время полуторачасового собрания Ethereum Core Devs Meeting #40 основной акцент был сделан на релизе протокола Casper и внедрении технологии шардинга. В ходе данного собрания Виталик Бутерин предложил объединить эти нововведения и активировать их одновременно. Какие преимущества предоставит данный апдейт сети Ethereum и что думают по этому поводу представители криптосообщества — читайте в нашем материале.

Протокол Casper

Внедрение протокола Casper — одно из самых ожидаемых решений сети Ethereum. Данный протокол был впервые представлен главным разработчиком Ethereum Владом Замфиром в августе 2015 года и подразумевает переход от алгоритма консенсуса Proof-of-Work (PoW) на алгоритм Proof-of-Stake (PoS). Переход на PoS-алгоритм исключает возможность атаки 51%, повышает уровень безопасности всей сети и снижает ее энергозатратность.

В рамках PoS-алгоритма за поддержание работоспособности сети отвечают не майнеры, а валидаторы. В отличие от майнеров, для которых ключевую роль играет вычислительная мощность их нод, для валидаторов важен стейк — их доля владения криптовалютами сети. Чем больше стейк, который предлагается в виде залога, тем выше вознаграждение за каждый проверенный и предложенный блок. Обязательное условие для включения нового блока в цепь — за него должны проголосовать ⅔ всех валидаторов. Протокол Casper, предложенный Замфиром, базируется на этих ключевых принципах PoS-алгоритма и предоставляет нодам больше свободы в оценке безопасности при достижении консенсуса. Данная версия называется Casper Correct by Construction (CBC).

Идею перейти на новый алгоритм консенсуса поддержал и Виталик Бутерин, однако его реализация протокола Casper предполагает использование гибридного механизма консенсуса, который совмещает в себе PoW и PoS. Версия протокола Бутерина была впервые представлена в октябре 2017 года и предполагает, что майнеры по-прежнему будут добавлять новые блоки, в то время как валидаторы будут отвечать за работу контрольных точек, встречающихся каждые 50 блоков. В этих точках валидаторы должны будут сверять и принимать окончательное решение о включении единственно верной версии цепи в блокчейн. Casper, предложенный Бутериным, также предусматривает введение штрафных санкций против недобросовестных валидаторов, которые в результате мошенничества или частого пребывания в режиме оффлайн могут лишиться всех своих монет, находящихся в стейке. Данная версия протока Casper получила название Friendly Finality Gadget (FFG).

Окончательная версия протокола Casper подразумевает работу обеих версий — FFG и CBC. При этом изначально планировалось, что протокол будет внедрен как отдельное смарт-контракт обновление. Однако благодаря шардингу запуск протокола стал возможен в виде сайдчейна, что и было предложено во время собрания разработчиков Ethereum.

Шардинг (Sharding)

В конце апреля 2018 года Виталик Бутерин анонсировал скорый выход обновления сети, цель которого — увеличить пропускную способность сети и решить проблемы масштабируемости Ethereum.

Технология шардинга предлагает отказ от полных нод, благодаря разделению нагрузки между всеми узлами сети — шардами. Из отдельных шардов формируется так называемое дерево Меркла, или хэш-дерево, которое используется для эффективного хранения транзакций в блокчейне, поскольку оно позволяет получить «отпечаток» всех транзакций в блоке, а также эффективно верифицировать транзакции. Шардинг блокчейна Ethereum предполагает одновременную работу нескольких шардов наподобие проводов, объединенных в один кабель. Благодаря этому пропускная способность всей сети должна будет увеличиться с 15 TPS до 1000 TPS.

Таким образом, вместо того, чтобы сохранять каждую транзакцию и актуальное состояние всей сети, нода хранит лишь часть этих данных и подтверждает только те транзакции, за которые она ответственна. Если же нода хочет получить информацию о транзакциях или блоках, которые она не хранит, она может обратиться к другим нодам за подтверждением.

Однако в этом же заключается и главная уязвимость технологии шардинга — ее нельзя назвать бестрастовой, поскольку ноды должны доверять другим нодам и только в совокупности они смогут предоставить полную картину блокчейна Ethereum. Также в сети должен работать эффективный механизм, который будет решать, какие узлы включаются в конкретные шарды и какие транзакции они обрабатывают. Более того, для имплементации технологии шардинга блокчейн Ethereum должен поддерживать PoS-алгоритм консенсуса.

Преимущества объединения обновлений

В связи с этим во время Ethereum Core Devs Meeting #40 Бутерин предложил объединить выход технологии шардинга и протокола Casper, тем самым повысив эффективность работы всей сети до ее «теоретического максимума». Как отметил Бутерин, новая модель обновления будет способствовать упрощенному запуску протокола Casper:

«Casper в некотором роде находится отдельно, вне мейнчейна сети. Это значит, что его разработка может проходить на отдельном чейне, где протокол сможет работать по собственным правилам».

Говоря о протоколе Casper, сооснователь Ethereum объяснил, что запуск первой версии обновления на отдельном сайдчейне — шарде — позволит значительно снизить сумму депозита, необходимого для подтверждения доли владения эфиром — с 1500 ETH до 32 ETH. Таким образом, простые участники сети, участвующие в процессе валидации, смогут повысить значимость собственного стейка.

Похожего мнения придерживается и один из главных разработчиков технологии шардинга для Ethereum Джастин Дрейк, который уверен, что объединение двух обновлений позволит добавить новые функции в работу всей сети. Например, так может повыситься безопасность всей системы, которая будет способствовать развитию «атомарности» между нодами, поддерживающими протокол, и нодами, поддерживающими шардинг:

«Пользователи смогут быть валидаторами в протоколе Casper без необходимости становиться валидаторами в шардинге».

Более того, по мнению Дрейка, объединение шардинга и протокола Casper поможет обеим командам исследователей, изучающим данные технологии:

«В целом такой подход способствует более гармоничному объединению этих двух технологий и команд разработчиков, работающих над их внедрением. Я думаю, это положительный момент, в том числе и для сферы сетевых эффектов».

Недостатки объединения нововведений

Однако далеко не все участники криптосообщества считают, что данный подход сможет эффективно решить проблемы сети Ethereum. Автор онлайн-издания Hackeroon, известный только под псевдонимом StopAndDecrypt, в мае этого года проанализировал работу сети и пришел к неутешительным выводам: стремительный рост количества данных может привести к централизации блокчейна Ethereum, и даже предложенные разработчиками решения не смогут это предотвратить.

Так, в отдельном материале StopAndDecrypt более детально рассмотрел технологию шардинга и внедрение PoS-алгоритма. По мнению автора, разделение узлов-валидаторов на шарды и отказ от работы полных нод приведет к централизации их ресурсов, поскольку шардинг полностью отказывается от идеи поддерживать «равенство между нодами, которые выполняют одну и ту же работу».

Более того, по мнению StopAndDecrypt, чтобы стать валидатором обычному пользователю, все равно потребуются значительные вложения, даже при снижении депозита до 32 ETH, что на сегодняшний день составляет порядка $16,500. В результате валидаторами, способными предоставить минимальные стейки, станут централизованные пулы и дата-центры, даже при условии разделения работы в рамках шардинга. При этом обычным пользователям будут доступны только легкие клиенты, которые имеют гораздо меньше прав, чем валидаторы.