Понимание BlockDAG

BlockDAG, эволюция блокчейна, представляет концепцию нескольких предшественников в технологии распределенных книг. В этом разделе мы рассмотрим его механику, противопоставим ее ограничениям блокчейна и проясним сложные подходы, используемые в нем для масштабируемости и скорости.

Переход от блокчейна к BlockDAG

• От линейных к ациклическим графам: Традиционная технология блокчейн, пионером которой стал Сатоши Накамото, основана на линейной последовательности блоков, каждый из которых содержит партию транзакций. В блокчейне каждый блок ссылается только на одного предшественника, образуя цепочкообразную структуру. BlockDAG, что расшифровывается как Directed Acyclic Graph, - это усовершенствование, в котором блоки могут ссылаться на нескольких предшественников, не ограничиваясь одной линией, создавая таким образом структуру графа, а не цепочки.

• Проблемы масштабируемости: Дизайн блокчейна предполагает строгий интервал между созданием блоков, чтобы обеспечить распространение сети, что значительно ограничивает пропускную способность транзакций. В отличие от этого, структура BlockDAG позволяет одновременно создавать блоки без таких интервалов, что позволяет увеличить пропускную способность и решить проблемы масштабируемости, присущие блокчейну.

Технические преимущества для масштабируемости и скорости

• Повышенная пропускная способность: Архитектуры BlockDAG, подобные той, что используется в протоколе PHANTOM, позволяют создавать блоки параллельно. Это резко отличается от блокчейна, где скорость создания блоков подавляется, чтобы избежать создания бесхозных блоков и обеспечить безопасность протокола.

• Повышение эффективности с помощью GHOSTDAG: Протокол GHOSTDAG - это эффективное решение, созданное на основе протокола PHANTOM, предназначенное для установления надежного общего порядка на BlockDAG. Он использует жадный алгоритм для выбора подмножества DAG, известного как k-кластер. Затем это подмножество используется для создания порядка, который становится экспоненциально трудно изменить с течением времени, что позволяет сохранить целостность бухгалтерской книги даже при высокой скорости создания блоков.

• Упорядочивание и раскрашивание блоков: PHANTOM представляет новый подход к упорядочиванию блоков, окрашивая их в синий или красный цвет. Синие блоки считаются добытыми сотрудничающими узлами, а красные блоки рассматриваются как выбросы, которые могут быть добыты вредоносными узлами. GHOSTDAG упрощает эту задачу, используя жадный алгоритм для поддержания свойства k-кластера, наследуя набор Blue от лучшей вершины и выстраивая надежную цепочку вплоть до генезисного блока. Подход PHANTOM решает проблему двойного расходования средств, создавая "хорошо связанное" подмножество блоков, называемых "синими блоками", и предоставляя им приоритет над остальными "красными блоками". Этот стимул побуждает майнеров генерировать блоки, которые сильно связаны с существующим блокчейном, поскольку "синие" блоки с большей вероятностью будут приняты и вознаграждены.
  Чтобы увеличить связность своего блока, майнеры стремятся соединить его с как можно большим количеством "вершин" DAG (несвязанных блоков). Однако попытка двойной траты требует от майнеров жертвовать некоторой связностью, намеренно отсоединяя свой блок от вершины, ведущей к транзакции, которую они собираются дважды потратить. Такое снижение связности делает их блок менее вероятным для принятия, препятствуя попыткам двойной траты.
  Основная проблема заключается в том, чтобы эффективно выбрать "хорошо связанный" синий набор. Если синий набор слишком мал или плохо подобран, он может недостаточно защитить от атак с двойной тратой. И наоборот, слишком большой или чрезмерно связанный набор синих может помешать масштабируемости и эффективности. Нахождение оптимального баланса между этими двумя факторами имеет решающее значение для успеха подхода PHANTOM.
  BlockDAG - это значительный скачок по сравнению с традиционной технологией блокчейн, предлагающий решение проблемы масштабируемости и ограничений скорости. Позволяя блокам иметь несколько предшественников и обеспечивая более высокую пропускную способность, системы BlockDAG, такие как PHANTOM и GHOSTDAG, прокладывают путь к более быстрым и эффективным технологиям распределенных бухгалтерских книг. Интеграция этих протоколов в сеть Kaspa является практическим подтверждением их эффективности и потенциала для широкого применения в различных приложениях.

UTXO в Каспе

UTXO, или Неизрасходованный транзакционный выход, - это основная единица счета в блокчейне Kaspa. UTXO представляют собой количество Kaspa, полученное адресом, которое еще не было потрачено. В этой системе UTXO генерируются при добыче нового блока, вознаграждая майнера монетами. При транзакциях тратятся UTXO; когда Вы переводите Kaspa, Вы используете UTXO из своего кошелька. Важная особенность UTXO заключается в том, что их нельзя тратить частично; чтобы отправить 100 каспа, Вы должны использовать UTXO на сумму не менее этой суммы, а излишки возвращаются в виде сдачи. Кроме того, UTXO очень важны для отслеживания владения Kaspa, поскольку в блокчейне ведется учет всех UTXO, каждый из которых привязан к определенному адресу.

Модель UTXO имеет ряд преимуществ по сравнению с моделями, основанными на счетах, и различным образом укрепляет блокчейн Kaspa:

• Децентрализация: UTXO работают без участия центральной власти, что повышает безопасность блокчейна и его устойчивость к цензуре.
• Конфиденциальность: Система UTXO может повысить конфиденциальность транзакций, скрывая данные об отправителе и получателе.
• Масштабируемость: UTXO способны масштабироваться для проведения многочисленных транзакций без ущерба для безопасности.
• Однако модель UTXO также представляет определенные трудности:
• Сложность: UTXO обычно сложнее, чем модель счета, что потенциально усложняет понимание и управление системой как для пользователей, так и для разработчиков.
• Интенсивность работы с данными: Система UTXO требует отслеживания каждого неизрасходованного выхода, что со временем приводит к увеличению размера блокчейна.
• Размер транзакции: Транзакции могут стать более крупными, поскольку они должны включать в себя несколько UTXO, что повлияет на комиссию за транзакцию и время обработки.

В итоге, несмотря на то, что UTXO являются мощным и эффективным механизмом для отслеживания владения цифровыми активами и предлагают ключевые преимущества в плане безопасности, конфиденциальности и масштабируемости для блокчейна Kaspa, они также создают сложности и проблемы, связанные с работой и эффективностью системы.

Консенсус PHANTOM

Протокол PHANTOM представляет собой существенное улучшение по сравнению с традиционным блокчейном с точки зрения пропускной способности транзакций и масштабируемости. В отличие от блокчейна, который опирается на последовательную цепочку блоков, PHANTOM строит бухгалтерскую книгу в виде направленного ациклического графа (DAG), как мы видели в предыдущем параграфе, где каждый блок может ссылаться на несколько предшественников. Этот структурный сдвиг способствует увеличению объема транзакций и устраняет ограничения, накладываемые необходимостью последовательной проверки блоков блокчейна.

Чтобы поддерживать порядок в этой более сложной структуре, PHANTOM использует жадный алгоритм для построения так называемого k-кластера - подмножества DAG, в котором блоки тесно связаны между собой, что указывает на то, что они были добыты честными узлами. Этот процесс включает в себя определение вершин DAG, то есть блоков, на которые не ссылались новые блоки, а затем выбор самого большого k-кластера среди них, чтобы представить честную часть сети. Затем протокол расширяет этот набор, включая в него все блоки, которые имеют достаточно маленький антиконус, то есть набор блоков, которые не ссылаются друг на друга.

Порядок транзакций в блокеDAG имеет решающее значение. PHANTOM предлагает метод, который начинается с топологического обхода k-кластера, итеративно добавляя блоки, чтобы создать полностью упорядоченный список. Этот список учитывает иерархию, присущую структуре DAG, и откладывает размещение блоков за пределами k-кластера, эффективно наказывая их и тем самым защищая целостность сети от блоков, которые могли быть добыты со злым умыслом.

Другой способ определить DAG - это граф, который имеет топологический порядок, то есть его можно расположить в последовательности, где каждый узел находится перед любым узлом, на который он указывает. Практический пример, приведенный Каспа: "Две отличные аналогии этому понятию - порядок, в котором человек посещает курсы в колледже, или одевается по утрам".

Масштабируемость PHANTOM - это ключевая особенность, доказавшая свою безопасность независимо от пропускной способности сети. Это контрастирует с Биткойном, где порог безопасности ослабевает по мере увеличения скорости создания блоков. С другой стороны, PHANTOM сохраняет порог безопасности даже при увеличении скорости создания блоков, при условии, что диаметр задержки распространения в сети известен и учитывается с помощью параметра k. Это качество очень важно для способности PHANTOM поддерживать большие блоки или более высокие скорости без ущерба для безопасности.

Протокол PHANTOM также решает проблему блоков-сирот - блоков, которые действительны, но не являются частью основной цепи, - путем включения всех блоков в бухгалтерскую книгу. Это включение играет важную роль в максимальном использовании вычислительных мощностей в сети. Самый большой k-кластер, скорее всего, представляет честную цепочку, потому что честные узлы, которые, как предполагается, обладают большей частью вычислительной мощности сети, будут иметь свои блоки, хорошо представленные в нем. Такой подход гарантирует, что даже при увеличении сложности DAG целостность и порядок транзакций сохраняются, а сеть остается защищенной от различных векторов атак.

В практических приложениях дизайн PHANTOM позволяет эффективно обрабатывать большой объем транзакций, что делает его привлекательной основой для криптовалют и других приложений с распределенными книгами, стремящихся преодолеть ограничения традиционной технологии блокчейн. Протокол PHANTOM не только предоставляет способ упорядочивания транзакций внутри DAG, но и демонстрирует, благодаря своей масштабируемости и свойствам безопасности, потенциал для поддержки нового поколения высокопроизводительных систем бухгалтерских книг.

Консенсус GHOSTDAG

Протокол GHOSTDAG, который является усовершенствованной итерацией протокола PHANTOM, воплощает следующий шаг в эволюции технологии распределенных бухгалтерских книг. Основной вклад GHOSTDAG в эту область заключается в его новом подходе к упорядочиванию транзакций в структуре blockDAG - системе, которая позволяет одновременно создавать несколько блоков, в отличие от линейной прогрессии, наблюдаемой в традиционных блокчейнах.

GHOSTDAG использует жадный алгоритм, который позволяет избежать вычислительной сложности проблемы оптимизации, с которой столкнулся его предшественник, PHANTOM. Этот алгоритм позволяет GHOSTDAG быстро и эффективно построить k-кластер, подмножество блочной DAG, состоящее из блоков, которые, как считается, были добыты честными узлами - они обозначаются как "синие". Это достигается путем наследования набора Blue от лучшей верхушки или самого последнего блока с самым большим набором Blue в прошлом, а затем добавления новых блоков, которые сохраняют свойство k-кластера.

Алгоритм GHOSTDAG начинает работу с блока генезиса, первого блока цепочки, и рекурсивно вычисляет наборы Blue каждой вершины, создавая цепочку этих наборов, которая возвращается к блоку генезиса. Блоки, не включенные в набор "синих", считаются "красными", и к ним относятся с подозрением, поскольку они, скорее всего, были созданы не сотрудничающими узлами. Упорядочивание блоков в GHOSTDAG - это тонкий процесс, который сначала упорядочивает синие блоки в соответствии с топологической сортировкой, а затем размещает красные блоки таким образом, чтобы наказать их, не исключая из бухгалтерской книги.

Гениальность этого протокола заключается не только в его способности эффективно упорядочивать транзакции, но и в его масштабируемости. GHOSTDAG может поддерживать повышенную скорость создания блоков без ущерба для безопасности бухгалтерской книги. Это достигается за счет того, что порядок транзакций согласован и неизменен во времени, пока большая часть вычислительной мощности контролируется честными узлами.

С практической точки зрения, подход GHOSTDAG к упорядочиванию блоков и присущая ему масштабируемость позволяют создать распределенную бухгалтерскую книгу, которая значительно эффективнее традиционного блокчейна. Это особенно очевидно в таких сетях, как Kaspa, где способность обрабатывать большое количество транзакций без ущерба для скорости и безопасности имеет первостепенное значение.

Структура blockDAG позволяет блокам ссылаться на нескольких предшественников, что значительно повышает производительность, позволяя создавать множество блоков параллельно. Однако это также создает проблему упорядочивания этих блоков и их транзакций, и именно эту проблему решает GHOSTDAG. Благодаря своему эффективному алгоритму и масштабируемости GHOSTDAG может стать важнейшим компонентом следующей волны технологий распределенных книг, часто называемых блокчейн 3.0, которые стремятся решить трилемму достижения скорости, безопасности и масштабируемости без компромиссов.

В заключение хочу сказать, что GHOSTDAG представляет собой глубокий скачок вперед в разработке распределенных бухгалтерских книг, предлагая решения критически важных вопросов скорости и масштабируемости при сохранении целостности и безопасности сети. По мере того, как технология будет развиваться и применяться во все большем количестве приложений, она вполне может переопределить архитектуру технологии распределенных книг в обозримом будущем.

От GHOST до DAG KNIGHT: эволюция протоколов консенсуса Kaspa

Эволюция от GHOST к DAG KNIGHT в экосистеме Kaspa представляет собой значительный прогресс в области протоколов консенсуса в рамках технологий распределенных бухгалтерских книг. Основополагающая работа, начавшаяся с протокола GHOST, заложила основу для целого ряда инновационных изменений, приведших к созданию DAG KNIGHT. Эта эволюция демонстрирует стремление повысить пропускную способность транзакций и безопасность сети, преодолевая при этом сложности, присущие децентрализованным системам.

Протокол GHOST, представленный в 2013 году докторами Йонатаном Сомполински и Авивом Зохаром, решает важнейшую проблему скорости создания блоков в связи с безопасностью сети. Он ввел понятие "жадного поддерева с самым тяжелым наблюдением" для оптимизации выбора главной цепи в блочном дереве. Это изменение позволило повысить скорость создания блоков и увеличить их размер, не опасаясь атак 51%, которые часто встречаются в криптовалютах, работающих по принципу proof-of-work.

В последующие годы эта работа привела к появлению протокола PHANTOM, который обобщил правило самой длинной цепи консенсуса Накамото (NC) для выбора самого большого, достаточно связанного подмножества блоков. В PHANTOM была поставлена оптимизационная задача, целью которой было выбрать максимальную k-кластерную под-DAG, причем k представляло собой верхнюю границу задержки сети.

Протокол DAG KNIGHT, однако, делает еще один шаг вперед, устраняя необходимость априорного предположения о задержке, тем самым устраняя одно из ограничений PHANTOM и предыдущих протоколов. DAG KNIGHT работает в предположении отсутствия верхней границы сетевой задержки, что делает его первым протоколом консенсуса без параметров, защищенным от злоумышленников с менее чем 50% вычислительной мощности.

Отсутствие параметров имеет решающее значение для производительности сети. В отличие от параметризованных протоколов, которые обычно ограничены жестко заданными параметрами задержки, DAG KNIGHT позволяет сети сходиться в соответствии с ее реальными условиями. Он подстраивается под задержку противника в реальном времени, позволяя подтверждать транзакции в течение нескольких секунд в нормальных условиях Интернета, что является значительным улучшением по сравнению с его предшественниками.

Модель DAG KNIGHT предполагает византийскую установку, то есть злоумышленник может произвольно отклоняться от правил протокола, но система защищена в предположении, что злоумышленник контролирует менее 50% вычислительной мощности. Она обеспечивает безопасность сети при произвольно высокой пропускной способности, ограниченной только возможностями оборудования узлов и магистрали сети.

Парадигма оптимизации DAG KNIGHT отражает двойную задачу min-max, в которой ищется минимальное k, такое, что самый большой k-кластер покрывает не менее 50% DAG. Этот тонкий подход допускает достаточное количество задержек и разрывов связи между выбранным набором блоков, балансируя между безопасностью и быстродействием.

Самостабилизирующаяся природа протокола позволяет ему восстанавливаться после прошлых сбоев, когда все условия соблюдены, обеспечивая безопасное подтверждение транзакций после восстановления. DAG KNIGHT реагирует не в смысле текущей наблюдаемой задержки, а в более слабом смысле максимальной задержки, которую может вызвать противник.

В целом, протокол консенсуса DAG KNIGHT представляет собой зрелую эволюцию в экосистеме Kaspa, предлагая более адаптивную, безопасную и эффективную систему, которая является свидетельством прогрессивного характера исследований и разработок в области технологии блокчейн.