: Unsplash
Криптовалютным сетям нужен лимит скорости, чтобы обеспечить устойчивость к цензуре – свойство, отличающее сеть Биткойна от всех других компьютерных сетей.
Сатоши спроектировал сеть так, чтобы достичь этого свойства, и на базовом уровне фундаментальное улучшение масштабируемости невозможно. Биткойн масштабируется посредством экономически оптимизированного решения, известного как сеть Lightning.
Доказательство выполнения работы поддерживает устойчивость к цензуре, позволяя любому, у кого есть вычислительная мощность, вносить записи в реестр. Доказательство доли владения не подходит для создания устойчивой к цензуре сети с жёстко ограниченным предложением токенов, потому что вносить записи в реестр могут только те, у кого есть соответствующие токены, что неизбежно ведёт к проблеме централизации.
Введение
Многих новичков в криптопространстве притягивают различные проекты, обещающие, что они лучше Биткойна в каком-то фундаментальном отношении. Конечно, такие заявления необходимы любому такому проекту, иначе у них изначально не будет причин для существования. В настоящей статье объясняется, почему на самом деле невозможно существенно улучшить фундаментальные сетевые свойства Биткойна.
Биткойн часто критикуют или подвергают сомнению из-за его скорости. Говорят: «Лишь 7 транзакций в секунду». Заявления большинства альтернативных проектов о «фундаментальном улучшении» основываются на претензиях на «масштабируемость», то есть способность проводить в их сети больше транзакций в секунду. Поэтому начнём копать здесь и покажем, почему Биткойн является и останется неоспоримым чемпионом среди криптосетей.
Для того чтобы понять решения Сатоши при проектировании сети, следует задаться вопросом, каков вообще смысл всего этого. Какую цель преследовал Сатоши, создавая Биткойн? Что делает Биткойн Биткойном, или что делает его особенным или отличает его от всех других компьютерных сетей? Простой ответ: Биткойн устойчив к цензуре. Это означает, что кому-либо, включая государства, чрезвычайно сложно (и ваш покорный слуга готов утверждать, что на данном этапе невозможно) перекрыть доступ к сети или вообще прекратить её работу.
Причина, почему Сатоши хотел разработать такую сеть и почему многие ценят устойчивость к цензуре, выходит за рамки настоящей статьи. Достаточно сказать, что устойчивость к цензуре – единственная причина, почему Биткойн особенный в каком-либо смысле. Если убрать это свойство, остальное становится весьма неоднозначным. Можно сказать, что в действительности устойчивость к цензуре – единственное интересное свойство Биткойна, единственное, из-за чего он вообще заслуживает внимания. Рассмотрим же теперь, как Сатоши решил задачу устойчивости к цензуре
Достижение устойчивости к цензуре
Сатоши понимал, что ключ к устойчивости к цензуре кроется в том, чтобы позволить всем желающим напрямую получать доступ к сети и самостоятельно проверять информацию, которая в ней передаётся. Важно, что сюда относится и проверка общего предложения монет и отсутствия двойного расходования. Только создав систему, где каждый желающий сможет самостоятельно проверить эту информацию, можно было удостовериться, что кредитно-денежная политика и политика расходования останутся неизменными.
Таким образом, задача на самом деле сводилась к вопросу о том, как обеспечить, чтобы каждый желающий мог получить доступ к такой информации, так как это обязательное условие, чтобы иметь возможность проверить её достоверность. И здесь мы можем начать постигать значение «лимита скорости», который Сатоши предусмотрел в Биткойне. Благодаря ограничению количества информации, которую могут передавать работающие в сети узлы, каждый участник может быть уверен, что у него есть полное и точное представление о состоянии сети.
Итак, это первый ключевой момент, который следует понять: любая технология распределённого реестра или криптовалютная сеть, если она хочет достичь такой устойчивости к цензуре, какую себе представлял Сатоши, должна иметь лимит скорости. Причина вполне очевидна: если в сети пересылается слишком много информации, то отдельным узлам будет сложнее её получать и обрабатывать. Им понадобится либо более быстрое сетевое подключение, либо больше вычислительных мощностей, либо большее хранилище данных, либо всё вышеперечисленное. Таким образом, ограничив сетевые критерии (и соответственно требования к обработке и хранению данных), Сатоши стремился максимизировать количество людей, которые смогут непосредственно участвовать в сети, этим самым усилив устойчивость к цензуре.
Рассмотрим немного подробнее, что будет, если мы решим «масштабировать» первый уровень любой криптосети. Первый шаг при проектировании любой технологии распределённого реестра – выбрать предельную пропускную способность. В Биткойне этот лимит составляет примерно 2,5 мегабайта каждые 10 минут. Чтобы поднять этот лимит скорости, можно увеличить либо размер блока, либо частоту создания блоков, либо и то и другое. Так, можно, например, выбрать блоки на 25 МБ каждые 10 минут или блоки на 2,5 МБ каждую минуту. В наших целях это будет равнозначный лимит скорости. А можно выбрать блоки на 1 ГБ каждую секунду. Звучит потрясающе, да? Подумайте, сколько информации может поместиться в такие большие и частые блоки! Максимальная пропускная способность такой сети будет очень высокой в сравнении с Биткойном. Но будет ли такая сеть устойчива к цензуре? Масштабируя сетевые критерии, вы неизбежно поднимаете требования (издержки) участия. Если нужно подключение к интернету на 1 Гбит/с, очевидно, что большинство людей не смогут непосредственно участвовать в проверке сетевой активности.
Увеличивая издержки на обслуживание узла, вы фактически начинаете компрометировать устойчивость сети к цензуре. В сущности, вы уменьшаете децентрализацию. Для сравнения можно рассмотреть сетевую модель Google. Сеть Google может обрабатывать огромное количество информации со всего мира, но она чрезвычайно централизована. Никто не может держать дома «узел Google», чтобы проверять работу, выполняемую в сети, из-за огромной стоимости обслуживания такого узла.
Экономика возможных альтернативных лимитов скорости
Разобравшись с ролью лимита скорости в достижении устойчивости к цензуре, давайте теперь подробнее рассмотрим конкретный выбор Сатоши при проектировании сети и зададимся вопросом, приемлем ли выбранный им лимит скорости. Можно ли было выбрать другой лимит скорости, который бы существенно масштабировал первый уровень криптосети и при этом не компрометировал устойчивость к цензуре? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо изучить экономику рынка редкого места в блоке, возникающего при перегрузке криптосети.
Для начала зададим вопрос: какой лимит скорости мог бы выбрать разработчик, чтобы получить существенное преимущество в пропускной способности в сравнении с тем, что сейчас предлагает Биткойн? Я считаю, что нет такого лимита скорости, который дал бы существенное преимущество. Причина в том, что Биткойн стремится быть расчётным уровнем для глобальной экономики. При 8 млрд человек и огромном количестве компьютеров и других устройств просто нет такого лимита скорости, который позволил бы проводить значительную часть мировых экономических транзакций на первом уровне криптосети с сохранением устойчивости к цензуре.
Другими словами, никто не может у себя дома обрабатывать все экономические обмены. Надеюсь, этот момент ясен. Да, можно получить небольшое преимущество, увеличив число транзакций в секунду на базовом уровне глобальной криптосети до 100, 1000 или даже 10 000. Но такие скорости всё равно не будут существенными в том смысле, что они по-прежнему не дадут всем участникам мировой экономики одновременный доступ к этому базовому уровню. 10 000 транзакций в секунду в сравнении с общим количеством транзакций, проходящих в мире в каждый конкретный момент, – это, по сути, капля в море. С точки зрения пользователя такой сети в глобальных масштабах – это функциональный эквивалент пресловутых «семи транзакций в секунду» Биткойна.
Можно расширить этот анализ, рассмотрев общие комиссии, которые платятся за доступ к Биткойну и к нашей гипотетической сверхбыстрой сети. Прежде чем рассуждать об этом вопросе, следует понять, что обе сети предлагают крайне редкое место в блоке относительно общего спроса на редкое место в блоке в сценарии глобального принятия. С экономической точки зрения, единственная разница между этими двумя случаями в том, что комиссия за транзакцию в Биткойне с его лимитом скорости 1 МБ каждые 10 минут будет выше, чем в нашей гипотетической сети с 10 000 транзакций в секунду, – но рынок места в блоке будет существовать в обоих случаях. То есть при работе в глобальных масштабах обе сети будут перегружены.
Я считаю, что размер этих двух рынков будет близким, так как комиссии зависят от редкости места в блоке относительно общего спроса на место в блоке. Можно подойти к этому вопросу с другого ракурса: теоретически, если бы можно было поместить все экономические транзакции человечества в первый уровень, то комиссий в такой сети не было бы. Но, как мы видели, такая сеть не будет устойчивой к цензуре.
Мой аргумент заключается в том, что любая потенциальная целевая пропускная способность, какую можно выбрать, сохраняя при этом разумную степень устойчивости к цензуре, неизбежно будет порождать рынок места в блоке, похожий на тот, который порождает Биткойн в его нынешнем виде. Так что всё будет понапрасну! Именно поэтому ранние решения Сатоши так живучи. Они не только работают, но также «достаточно хороши» в сравнении с любыми другими возможными сетевыми параметрами, которые мог выбрать он или которые может выбрать кто-либо другой сегодня. Тот факт, что никому не удалось реализовать форк Биткойна, который устранил бы рынок места в блоке, сохранив при этом устойчивость к цензуре, служит эмпирическим доказательством этого теоретического предположения. Война форков 2017 г. демонстрирует, что пользователи Биткойна ценят устойчивость к цензуре больше чего-либо ещё, понимая, что комиссии – необходимый (и желательный!) аспект безопасности первой криптовалюты.
Теперь я перейду к обсуждению шардинга, чтобы пролить больше света на динамику рынка места в блоке Биткойна и показать, почему «семь транзакций в секунду» действительно достаточно.
Экономические ограничения шардинга
Чаще всего о шардинге говорят в контексте масштабирования первого уровня. В данном контексте концепция шардинга заключается в том, чтобы «расщепить» криптосеть так, чтобы каждый отдельный узел обрабатывал только определённое подмножество всей информации, проходящей через сеть (шард). Ключевая идея здесь в том, что информация, которую должны обрабатывать разные узлы, всегда будет частично дублироваться, что гарантирует, что никто не сможет сжульничать – потому что если кто-то сжульничает, его «соседи» увидят это и отклонят ложные транзакции.
Звучит хорошо, но если внимательнее присмотреться к такому пониманию шардинга, то можно заметить, что оно не предлагает по-настоящему «неограниченного» масштабирования. Причина имеет экономический характер. Чтобы пересылать информацию между шардами, нужно платить «кросс-шардовые» комиссии. Поскольку у операторов промежуточных узлов есть собственные лимиты скорости, если вы хотите получить приоритет при отправке своей транзакции между шардами, придётся заплатить соответствующую цену. Таким образом, место в шарде, доступное одному участнику, ограничено стоимостью такого перемещения. Чем дальше вам нужно переслать информацию, тем большую часть вашей транзакции отнимут такие комиссии за переадресацию. Теоретически можно создать «неограниченные» шарды, но необходимо считаться с тем фактом, что всё пространство не будет доступно всем пользователям из-за описанных здесь экономических ограничений. Таким образом, в конечном счёте первый уровень шардинговогой сети разделяется на несколько отдельных локальных экономических зон. Всякое подобие глобального консенсуса теряется.
Экономически оптимизированное масштабирование
Теперь я перейду к сети Lightning, которую обычно обсуждают как решение масштабирования Биткойна «второго уровня». На самом деле Lightning можно рассматривать как частную реализацию шардинга! В сущности, вместо «жёстких» шардов с заданным набором узлов пользователи сами выбирают, с какими другими экономическими участниками они хотят часто взаимодействовать, после чего две стороны мониторят свой конкретный «канал» в сети Lightning. «Место в шарде» в сети Lightning органически растёт согласно самому эффективному возможному использованию ресурсов. Вместо того чтобы заставлять узлы взаимодействовать с соседями, с какими они могут редко иметь дела (как происходит в жёстких шардинговых решениях первого уровня), пользователи могут открывать каналы с кем угодно в соответствии со своими экономическими предпочтениями. Данная форма шардинга имеет то дополнительное преимущество, что она происходит «в стороне» от глобального консенсусного уровня, что позволяет участникам не лишаться глобальной перспективы сети. В отличие от шардинговых решений первого уровня, жертвующих глобальной перспективой, пользователи сети Lightning всегда могут убедиться, что консенсусные правила первого уровня Биткойна выполняются так, как ожидалось. Взаимодействие с первым уровнем всегда гарантирует глобальный экономический охват.
Таким образом, подобно тому как в шардинговых решениях первого уровня есть комиссии за переадресацию, они есть и в сети Lightning. Так что мы имеем рынок места в блоке на первом уровне и рынок переадресации в сети Lightning. Полезно будет рассмотреть взаимодействие этих двух рынков. Если кто-то хочет переслать большую сумму, он может сделать это в блокчейне. Но когда блоки переполнены и комиссии растут, можно предпочесть всё больше и больше проводить свою экономическую активность в сети Lightning, этим самым снижая давление комиссий на базовом уровне.
Следовательно, когда спрос на редкое место в блоке на первом уровне снизится, снизятся и комиссии за доступ к нему. В итоге получим естественное равновесие, где комиссии будут то расти не одном рынке и падать на другом, то наоборот, в зависимости от того, какое использование своих ресурсов пользователи считают наиболее эффективным.
Обеспечение лимитов скорости
Итак, теперь перейдём к последнему вопросу, актуальному для нашего обсуждения. Мы уже показали, что масштабирование первого уровня нежелательно и невозможно и что параметры, выбранные при проектировании Биткойна, достаточны. Но как насчёт выбранного Сатоши механизма защиты от атаки Сивиллы – доказательства выполнения работы? Прежде всего, что такое механизм защиты от атаки Сивиллы? Это как раз то, что гарантирует соблюдение лимита скорости!
Должен быть какой-то способ ограничить количество информации, проходящей через сеть, иначе лимит скорости бессмыслен. Здесь Сатоши столкнулся с задачей, знакомой многим его современникам. Прежние (да и последующие) попытки обеспечить защиту от атаки Сивиллы вращались вокруг доверенных идентификаторов (например, в ecash Дэвида Чаума). Можно просто выбрать одного человека, который будет собирать всю транзакционную информацию у пользователей, желающих провести транзакцию. Этот человек затем будет решать, какую более ограниченную часть информации следует отправить обратно всем пользователям на проверку. Конечно, такой процесс вовсе не децентрализован. Кто-то может подумать: нужно просто увеличить число подписантов, чтобы не было единой точки отказа. Это может казаться улучшением, но, опять же, такое решение требует доверия и поэтому не устойчиво к цензуре.
Такое решение требует доверия, потому что нужны идентификаторы, которые должны быть встроенными в сеть. Это может иметь вид, например, зафиксированного в коде списка открытых ключей. Такие идентификаторы, с помощью которых подписываются блоки, в определённом смысле существуют внутри сети – и, учитывая их ограниченное количество, несложно увидеть, что цензура представляет реальный риск. Цензор может завладеть цифровым идентификатором подписанта, тогда как пользователи ни о чём не будут догадываться.
Ключ к пониманию механизмов защиты от атаки Сивиллы заключается в том, что для того, чтобы ограничить круг тех, кто способен вносить записи в реестр, необходимо, чтобы процесс выбора таких лиц был привязан к какому-то редкому ресурсу. В доказательстве доли владения такой редкий ресурс – идентификатор. В доказательстве выполнения работы – энергия. Без привязки к редкому ресурсу защиты от атаки Сивиллы просто не достичь.
Таким образом, чтобы создать механизм защиты от атаки Сивиллы без необходимости в доверии, Сатоши предпочёл процесс отбора, полностью внешний по отношению к сети. Под процессом отбора я имею в виду определение того, какая информация будет направляться всем узлам на верификацию. Можно также сказать, что Сатоши полностью убрал идентификаторы из механизма защиты Биткойна от атаки Сивиллы.
Подлинный гений доказательства выполнения работы заключается в привязке процесса отбора к энергии – редкому ресурсу, существующему всецело вне криптосети. Благодаря требованию доказательства выполнения работы процесс майнинга происходит «в чёрном ящике». Доказательство выполнения работы гарантирует, что любой, у кого есть вычислительные ресурсы, имеет равную возможность вносить записи в реестр, то есть рассматривать всю информацию, передаваемую в сети (хранящуюся в пуле памяти, как его называют в Биткойне), решать, как её сократить (как правило, выбирая транзакции с самыми высокими комиссиями), и затем передавать эту сокращённую информацию (блок) в сеть для верификации.
Стейкинг и централизация власти
В чём же проблема известных на сегодняшний день реализаций доказательства доли владения (PoS)? Проблем, конечно, много. Эндрю Поэлстра очень хорошо описал фундаментальную проблему, когда «нет ничего на кону». Но в целях текущего обсуждения хотелось бы сосредоточиться на экономике стейкинга и её влиянии на постепенную централизацию власти.
В сущности, современные реализации PoS распределили «доверенные идентификаторы» между держателями токенов. В теории это звучит хорошо, так как могут быть тысячи держателей токенов, имеющих «долю владения» и участвующих во внесении записей в реестр. Но на практике проблема вот в чём: в отличие от доказательства выполнения работы, которое открыто для всех, у кого есть вычислительные ресурсы (в мире достаточно неиспользуемой энергии), PoS – закрытая система, доступная только тем, у кого есть токены. А поскольку чем больше у тебя токенов, тем больше вознаграждения ты получаешь, система становится всё более централизованной.
Технически системы со стейкингом не обязательно должны становиться централизованными, но это возможно только в специфическом случае, если они допускают бесконечную инфляцию. При инфляции новые монеты могут распределяться идентификаторам, которые не обязательно контролируются текущими стейкерами (однако такая надежда явно проблематична). Но если ввести жёсткое ограничение на предложение токенов, факт централизации становится вполне очевидным: существующие стейкеры получают вознаграждение, пропорциональное их доли владения, что означает, что чем больше эта доля владения, тем больше вознаграждение, и такая ситуация в итоге ведёт к олигопольному и монопольному контролю над всеми токенами и вознаграждениями. Таким образом, без инфляции постоянно присутствует тяготение к централизации. Более того, эта олигополия, когда новые токены эмитируют один или несколько пользователей, приводит в действие эффект Кантильона.
Некоторые альтернативные проекты разработали изощрённые механизмы, предлагающие смягчить эту проблему. Как правило, они вращаются вокруг голосования за тех, кто будет вносить записи в реестр, чтобы избежать поступления всех вознаграждений тем, кто находится «на верхушке». Но в конечном счёте такие механизмы лишь вуалируют корень проблемы и в лучшем случае отсрочивают неизбежное. Стейкеры могут использовать стратегии разделения и пулинга, чтобы обойти попытки контролировать то, какую долю от всех вознаграждений может получить тот или иной стейкер. В первом случае пользователь разделяет свою долю владения между несколькими сетевыми идентификаторами, а пулинг – это когда несколько пользователей объединяют ресурсы, чтобы получить дополнительные вознаграждения за стейкинг. Эти стратегии фактически делают все схемы вознаграждений за стейкинг линейными по своему характеру и показывают, почему доля владения постепенно становится централизованной. Опять же, именно поэтому для устойчивости к цензуре необходимо доказательство доли владения – оно полностью устраняет из сети идентификаторы, превращая защиту от атаки Сивиллы в игру, исход которой, в соответствии с оптимумом Парето, определяется общими, а не противоположными стимулами.
В завершение
Итак, в этой статье я изложил теоретические основы устойчивости Биткойна к цензуре с сетевой перспективы. Устойчивость Биткойна к цензуре поддерживается сочетанием решения Сатоши сделать Биткойн медленным, доказательства выполнения работы как механизма защиты от атаки Сивиллы без идентификаторов и стойких социальных стимулов. Конечно, проектирование и функционирование криптосетей имеет намного больше граней, чем те, что здесь обсуждались, но моей целью в этой статье было разобрать самые существенные аспекты эффективности Биткойна с сетевой точки зрения. Надеюсь, это обсуждение дало читателям более ясное понимание того, почему никто из конкурентов не может надеяться на то, чтобы потеснить Биткойн в качестве ведущей криптовалютной сети. Да, базовый уровень Биткойна медленный, но не просто так!
Обратите внимание, что я фокусировался исключительно на сетевой стороне Биткойна и не затронул монетарную теорию того, почему первая криптовалюта представляет собой хорошие деньги, а также влияние её денежного сетевого эффекта на другие валюты и токены. Пожалуй, на эту тему уже достаточно сказали другие. Но упомяну, что «социальная сторона» принятия Биткойна также очень интересна и важна в истории его успеха.
Я также не обсудил экономику ведущих и менее популярных блокчейнов с доказательством выполнения работы (PoW) – вопрос, возможно, интересовавший некоторых читателей. Если вкратце, то я считаю, что, в силу денежного сетевого эффекта Биткойна, он постепенно захватит большую часть всей PoW-экономики. Другие криптосети на основе PoW могут получить определённую долю вычислительных мощностей в краткосрочной перспективе благодаря периодическому ажиотажу, но без денежного сетевого эффекта (а деньги – это игра, где победитель получает всё) они уязвимы к долгосрочным рискам, связанным с неадекватной вычислительной мощностью для поддержания сетевой безопасности.
Я также убеждён, что фабрики каналов – важная техническая составляющая масштабирования сети Lightning и со временем в этом направлении определённо произойдёт прогресс.
Таким образом, ни одна криптосеть не может убедительно претендовать на то, чтобы в каком-либо содержательном или фундаментальном смысле улучшить модель Биткойна. Никакие уступки неспособны обеспечить адекватную устойчивость к цензуре и одновременно существенно масштабировать первый уровень. Любые решения проблемы атаки Сивиллы, полагающиеся на идентификаторы, не могут обещать ограниченное предложение монет, не отказавшись от децентрализации в долгосрочной перспективе.
Мы видим, что Сатоши в своей изначальной модели принял уместные и приемлемые решения. Никто не утверждает, что они были идеальны, но они были достаточно хороши, чтобы Биткойн смог набрать обороты и стать тем, чем он является сегодня.
Давайте же смотреть в светлое будущее Биткойна!
