Группа исследователей из семи американских университетов, включая Массачусетский технологический институт (MIT), Стэнфордский университет и Калифорнийский университет в Беркли, занялись разработкой собственной криптовалюты, которая сможет обрабатывать около 10,000 транзакций в секунду. Кроме того, в феврале 2019 года MIT независимо от других вузов представит еще одну сеть со своей цифровой монетой Vault. Для чего научному сообществу необходимы свои криптовалюты?

Университеты не обошлись без поддержки швейцарского фонда

«Лучшие умы Америки объединяются для того, чтобы создать лучшую криптовалюту, которая сможет сделать то, на что неспособна сеть Bitcoin: обрабатывать тысячи транзакций в секунду», — так начинается материал о новой крипто-технологии от университетов США на Bloomberg. Цифровая валюта от Массачусетского технологического института (MIT), Стэнфордского университета, Калифорнийского университета в Беркли, Иллинойского университета в Урбан-Шампейне должна превзойти все известные платежные платформы по количеству транзакций и стать самой быстрой площадкой для переводов денежных средств.

Новая валюта под названием Unit-e, запуск которой запланирован на вторую половину 2019 года, является первым проектом некоммерческого швейцарского фонда Distributed Technologies Research (DTR), входящего в хедж-фонд Pantera Capital. Как говорится на сайте организации, на данный момент совершение транзакций и вообще «платежи являются убийцей технологии блокчейн», так как переводы средств происходят очень медленно. Это ставит пользователей в затруднительное положение.

«Сегодня существуют тысячи криптовалют, но все они имеют ограниченное использование. Технологические усовершенствования необходимы для разблокировки цифровых активов, чтобы торговое сообщество приняло криптомонеты для расчетов, тем самым создавая экономический эффект сети», — говорится в описании сети Unit-e.

Пока на сайте фонда Distributed Technologies Research не дается дополнительных описаний и подробностей, однако известно, что уникальный дизайн криптовалюты Unit-e основан на исследованиях, которые финансирует DTR, обеспечивая масштабируемую производительность, необходимую для широкого использования. Так, документ «Децентрализованные платежные системы: принципы и дизайн», опубликованный в январе 2019 года, определили концепцию академической блокчейн-программы для решения этих технических задач.

В исследовании DTR Джулия Фанти и Прамод Вишванат утверждают, что понятие латентности сети тесно связано с пропускной способностью — количеством транзакций, обрабатываемых в секунду. Поэтому проект Unit-e нацелен на пропускную способность 5−10 тысяч транзакций в секунду. Для сравнения ученые отмечают, что сеть VISA обрабатывает в среднем около 1700 транзакций в секунду, Bitcoin — до 7 транзакций в секунду, а Ethereum — до 30.

«Преодоление этого большого разрыва (между сетями и их количеством транзакций. — DeCenter) является технически нетривиальным и требует значительных инноваций. Целевые показатели пропускной способности уже находятся на физических границах типичной современной сети P2P; сеть со скоростью 20 Мбит физически не может обрабатывать значительно больше транзакций в секунду без серьезных компромиссов (как правило, в плане безопасности)», — говорят исследователи.

Для достижения целевых показателей пропускной способности проект Unit-e планирует полагаться на комбинацию новых консенсусных механизмов, способов разделения блоков и на разграничение сети. Так, разработчики проектируют новые согласованные алгоритмы и одноранговые сетевые алгоритмы. Использование шардинг-схемы PolyShard кодирует информацию во время ее проверки и хранения.

«Первое ключевое свойство PolyShard заключается в том, что каждый узел хранит кодированную версию подсетей (в отличие от прочих подходов без кодированной репликации). Кодирование саб-чейн истории выполняется с использованием интерполяционного многочлена Лагранжа (отсюда и название PolyShard). Это позволяет нам достигать оптимальной пропускной способности (а также задержки и безопасности одновременно), локализованных только физическими ограничениями сетевого уровня, для транзакций в цепочке. Новые алгоритмы шардинга, основанные на кодировании данных блокчейна, обеспечивают оптимальный компромисс между безопасностью, хранением и вычислениями», — говорится в исследовании DTR.

Схема кодирования нод PolyShard. Источник.

Исследователи сравнивают технологию Lighting Network с переключением каналов в ранних телефонных сетях, где для совершения вызова теле-станции сначала должны были установить выделенную проводную цепь между двумя телефонами и только потом совершить вызов.

«Коммутация каналов уже давно признана неэффективной в сетях связи, поскольку она препятствует качественному мультиплексированию пропускной способности сети между различными пользователями и приложениями. Точно так же низко результативна и не перспективна технология Lighting Network. Поэтому мы предлагаем основать криптовалюту Unit-e на новой сетевой архитектуре под названием Spider», — пишет разработчик DNT Мухаммед Ализаде.

Сетевая архитектура Spider предназначена для управления перегрузками сети и интеллектуального планирования платежей. С помощью Spider, как говорят исследователи, достигается высокий уровень использования средств канала платежей, поддерживая при этом различные классы обслуживания для доставки платежей (например, атомарные и неатомарные свопы с различными сроками исполнения). Кроме того, Spider использует новые алгоритмы маршрутизации с учетом дисбаланса, которые активно перебалансируют каналы платежей. Путем явного уменьшения дисбаланса в своей маршрутизации Spider сводит к минимуму необходимость в дорогостоящих и медленных внутрисетевых транзакциях для балансировки каналов платежей.

Благодаря нововведениям в сети разработчики из Distributed Technologies Research и американских университетов в проекте Unit-e планируют создать криптовалюту нового поколения и убрать заложенные в блокчейне ограничения по масштабированию. Если технология не избавится от тех недостатков, которые присутствуют на данном этапе развития, то блокчейн по своему инновационному технологическому потенциалу будет похож на «3D-печать, а не на интернет», считает соруководитель Pantera Capital по инвестициям Джои Круг.

Еще одна криптовалюта от Массачусетского университета

MIT работает над двумя крипто-проектами одновременно. Помимо Unit-e исследователи занимаются криптовалютой, которая не нуждается в объемном массиве данных при проверке и формировании блока, как Bitcoin или Ethereum. Об этом стало известно в январе 2019 года из блога университета.

Криптовалюта от Массачусетского университета получила название Vault и будет официально представлена общественности в феврале на Симпозиуме по безопасности сетей и распределенных систем. Сеть, как говорят разработчики проекта, будет загружать лишь необходимые для пользователя данные, удалять ненужные пустые учетные записи и проводить проверки только с последними зафиксированными данными из общего массива.

В ходе экспериментов Vault было установлено, что сети от MIT требуется на 99% данных меньше, чем сети Bitcoin, и на 90% меньше, чем Ethereum. Причем разработчики гарантируют достоверность проверки всех транзакций, обеспечивая необходимый уровень безопасности.

«В настоящее время существует множество криптовалют, но они сталкиваются с проблемами включения нового пользователя в сеть и хранением большого количества информации в блоках. Мы хотим позволить криптовалютам хорошо масштабироваться для привлечения нового комьюнити», — говорит соавтор проекта и аспирант Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта (CSAIL) Дерек Леунг.

Проект, группу исследователей которого составляют профессоры кафедры электротехники и компьютерных наук из CSAIL (Дерек Леунг, Йосси Гилад и Николай Зельдович), основан на недавно разработанной сети Algorand, изобретенной профессором инженерных наук в MIT Сильвио Микали.

«В традиционных криптовалютах пользователи соревнуются в решении уравнения и проверяют блоки, получают за это комиссию. По мере масштабирования сети большое количество блоков замедляет время обработки транзакций. Algorand использует алгоритм Proof-of-Stake для более эффективной проверки блоков и улучшения возможности присоединения новых пользователей. Для этого не нужно проверять все блоки», — говорят исследователи.

Проверка каждого созданного блока в уже известных проектах занимает много времени. Чтобы ускорить процесс, проект предлагает пользователю предоставить информацию о проверке каждого нового «сертификата» на основе блока, который расположен в нескольких сотнях или 1000 блоков назад и называется breadcrumb или «хлебная крошка». Когда присоединяется новый пользователь, участники сети сопоставляют «крошку» раннего блока, и таким образом происходит подтверждение достоверности транзакции и включение нового пользователя в блок.

Устройство блокчейна Algorand. Источник.

Для оптимизации пропускной способности, необходимой для подтверждения достоверности последнего блока, использовались две оптимизации. На этом рисунке b=c=3; объекты, которые клиенты могут «отбрасывать», то есть не использовать для работы, выделены черными точками. В верхней части рисунка показана структура данных основной части блокчейна без какой-либо оптимизации: большой конечный сертификат аутентифицирует каждый заголовок блока, и каждый сертификат зависит от значения Q непосредственно перед ним, а также от доказательств ставок b-блоков назад. На второй части картинки показана дополнительная цепочка блоков или сертификатов штамповки с оптимизацией по «перепрыгиванию»: каждый сертификат по перепрыгиванию зависит от значения Q из блоков b назад и остатков от блоков 2b назад (§ VI-A). На нижней части изображения показана оптимизация блока, которая используется для уменьшения размера сертификатов (§ VI-B).

Пока не известна степень интеграции криптовалют Vault от Массачусетского университета и Unit-e от группы ведущих высших образовательных учреждений Америки: будут ли вузы принимать монеты для внутренних расчетов, например, для оплаты обучения, или же предоставят разработку крипто-энтузиастам на всеобщее пользование. Однако адаптивность факультетов MIT и других институтов к современным технологиям, которые могут изменить финансовые взаимоотношения человечества, является показательной для всей индустрии.