Что такое окончательность в блокчейне и почему это важно?

Понимание окончательности в блокчейне

Окончательность в блокчейне означает неизменяемое подтверждение транзакции или блока транзакций.

В традиционных финансовых системах после подтверждения транзакции ее невозможно отменить. Аналогичным образом, достижение окончательности в сети блокчейн гарантирует, что транзакция является постоянной и не может быть изменена после ее добавления в блокчейн. Эта концепция имеет решающее значение для того, чтобы блокчейн был безопасным и аутентичным.

Окончательность достигается за счет использования консенсуса в сети блокчейн. Различные сети блокчейнов используют различные алгоритмы консенсуса, каждый из которых имеет уникальный метод проверки транзакций и обеспечения окончательности, такой как доказательство работы (PoW), доказательство доли (PoS) или практическая византийская отказоустойчивость.

Типы окончательности в блокчейне

Окончательность в блокчейне может быть вероятностной, экономической, мгновенной, безусловной или связанной со всем состоянием блокчейна.

В блокчейне существуют различные типы окончательности, каждый из которых описывает определенную степень уверенности и необратимости в отношении транзакций и блоков. Основные типы окончательности в блокчейне следующие:

Вероятностная окончательность

Окончательность является вероятностной в большинстве систем блокчейнов, особенно в тех, которые используют консенсус PoW, таких как Биткойн. Вероятность отмены транзакции уменьшается в геометрической прогрессии, когда блоки помещаются поверх подтвержденной транзакции после того, как она была включена в блок.

Экономическая завершенность

Концепция экономической завершенности часто ассоциируется с системами PoS. Сделка считается окончательной с точки зрения экономической завершенности, если ее возобновление было бы финансово нецелесообразно. В PoS валидаторы или узлы должны предоставить долю в качестве залога — определенное количество криптовалюты. Если они одобряют фиктивные транзакции, они рискуют потерять свою долю, что делает злонамеренные действия экономически нерациональными.

Мгновенная завершенность

Сеть Ripple обеспечивает практически мгновенную завершенность, гарантируя, что как только транзакция будет записана в реестре, она будет немедленно подтверждена и станет необратимой. Транзакции проверяются 150 валидаторами. Эти валидаторы потенциально могут получить место в списке уникальных узлов Ripple, который включает 35 валидаторов.

Безусловная окончательность

Когда транзакция подтверждена, она считается полностью и безоговорочно окончательной. Ни при каких обстоятельствах транзакция не может быть отменена. Достичь безусловной окончательности может быть сложно, и часто требуется высокая степень централизации или уникальный метод консенсуса.

Государственная окончательность

В некоторых системах блокчейна окончательность относится к полному состоянию блокчейна, а не только к транзакциям. Переход состояния (изменение состояния блокчейна, например, транзакция или выполнение смарт-контракта) не может быть изменен или отменен после его завершения. Для таких приложений, как смарт-контракты, где точность всего состояния приложения имеет жизненно важное значение, достижение окончательности состояния имеет важное значение.

Почему окончательность имеет значение в блокчейне

Окончательность в блокчейне обеспечивает необходимую гарантию достоверности и постоянства транзакций, что делает ее основополагающей концепцией надежности и функциональности технологии.

Finality обеспечивает высокий уровень безопасности и доверия к системе, что гарантирует, что после подтверждения транзакции ее невозможно будет изменить или отменить. Проверяя, что транзакция является законной и зарегистрирована в блокчейне, окончательность предотвращает проблему двойных расходов, когда один и тот же цифровой актив может использоваться более одного раза. 

Двойные расходы могут произойти, например, если у кого-то есть один биткойн (BTC) и он попытается передать его двумя отдельными транзакциями двум разным получателям. Гарантируя окончательность, технология блокчейна предотвращает это. Как только транзакция подтверждена и записана в блокчейне, цифровой актив считается потраченным и не может быть использован в каких-либо дальнейших транзакциях.

Окончательность имеет решающее значение в контексте смарт-контрактов. Детали соглашения между покупателем и продавцом непосредственно встроены в смарт-контракты, которые представляют собой самоисполняющийся код. Окончательность гарантирует, что результаты этих контрактов являются детерминированными и неизменяемыми.

Кроме того, окончательность — это то, как децентрализованные приложения (DApps) обеспечивают безопасность и надежность своей деятельности. Окончательность гарантирует, что решения и транзакции, совершаемые в этих приложениях, являются неизменяемыми и необратимыми. Более того, блокчейн повышает доверие среди пользователей и участников сети, делая транзакции окончательными. Доверие пользователей к системе повышается, если они знают, что транзакции необратимы.

Проблемы достижения окончательности в блокчейне

Такие проблемы, как разветвление, задержка в сети, уязвимости смарт-контрактов и атаки 51%, не позволяют транзакциям блокчейна достичь окончательности.

Когда блокчейн разделяется на несколько путей, происходит форк, создавая разные версии истории транзакций. Метод консенсуса подвергается испытанию из-за этого расхождения, что затрудняет установление того, какая версия является законной, и откладывает окончательность.

Например, хардфорки могут быть результатом разногласий среди сообщества или разработчиков по поводу обновлений протокола. Пока проблема не будет решена, различные фракции могут продолжать поддерживать блокчейны PoW, что приведет к отсутствию окончательности.

Задержка в сети или задержка передачи данных между узлами еще больше усложняет ситуацию. Медленные сетевые соединения могут вызвать ошибки в порядке и проверке транзакций, задерживая распространение информации о транзакциях по сети блокчейн.

Кроме того, уязвимость смарт-контракта может привести к неожиданному поведению, позволяя злоумышленникам воспользоваться ею и отменить транзакции. Аналогичным образом, организация, владеющая более чем 50% мощности майнинга сети в блокчейне PoW, может иметь возможность изменить историю блокчейна и отменить транзакции. Это подрывает окончательность и безопасность.

Из-за этих проблем целостность блокчейна оказывается под угрозой, что требует внедрения разработчиками надежных алгоритмов консенсуса и эффективных сетевых протоколов, чтобы уменьшить проблемы с разветвлением и задержкой и гарантировать своевременную и безопасную завершенность транзакций.

Методы и алгоритмы консенсуса для повышения окончательности

Более длительные периоды подтверждения, множественные проверки и передовые алгоритмы безопасности, такие как Pure PoS от Algorand, делегированный PoS (DPoS) и HoneyBadgerBFT, могут помочь повысить окончательность блокчейна.

Один из подходов предполагает более длительное время подтверждения, что позволяет провести большее количество проверок, прежде чем транзакция будет считаться окончательной. Вероятность того, что действительность транзакции будет подтверждена и станет необратимой, значительно увеличивается за счет увеличения времени, необходимого для достижения консенсуса.

Кроме того, использование метода множественных подтверждений, при котором транзакции проверяются множеством узлов или валидаторов, предлагает дополнительный уровень безопасности, обеспечивая более широкий консенсус и снижая вероятность ошибок или злонамеренных атак.

Кроме того, инновационные алгоритмы консенсуса, такие как Pure PoS, DPoS и HoneyBadgerBFT от Algorand, изменили отрасль. Algorand использует метод PoS в сочетании с протоколом византийского соглашения, чтобы обеспечить быструю и необратимую завершенность транзакций. 

Внедряя систему, основанную на репутации, в которой небольшая группа доверенных делегатов проверяет транзакции, DPoS повышает эффективность и надежность сети. Аналогичным образом, алгоритм HoneyBadgerBFT повышает окончательность и безопасность даже при наличии злонамеренных узлов или задержек в сети за счет достижения асинхронного византийского консенсуса.

Будущие тенденции и разработки в области достижения более быстрого и надежного завершения работ

По сути, для достижения более быстрого и надежного завершения в будущем необходима междисциплинарная стратегия, включающая различные методы консенсуса, передовое шифрование и улучшенную совместимость.

Одной из таких тенденций является распространение моделей гибридного консенсуса. Эти гибридные алгоритмы консенсуса стремятся повысить масштабируемость и производительность, сохраняя при этом высокий уровень безопасности, сочетая преимущества различных алгоритмов консенсуса. В проектах экспериментируют с использованием методов PoS, поскольку они потребляют значительно меньше энергии, чем методы PoW, и ускоряют время подтверждения.

Кроме того, растет интерес к передовым криптографическим методам, таким как доказательства с нулевым разглашением (ZK), и инновационным технологиям, таким как сегментирование. Доказательства с нулевым разглашением повышают эффективность и конфиденциальность, позволяя сторонам проверять транзакции без раскрытия личной информации. Шардинг, метод разделения блокчейна на более мелкие и более управляемые части, снижает вычислительную нагрузку на узлы и ускоряет обработку транзакций.

Развитие квантовых вычислений может сделать существующие методы шифрования устаревшими, что потребует создания квантовоустойчивых алгоритмов. Чтобы обеспечить безопасность и окончательность транзакций перед лицом квантовых угроз, сети блокчейнов активно исследуют квантово-устойчивые криптографические решения.

Еще одна область внимания — то, как различные блокчейны взаимодействуют друг с другом. Благодаря использованию таких протоколов, как Polkadot и Cosmos, транзакции между сетями могут выполняться быстро и беспрепятственно. Эта совместимость повышает общую эффективность систем блокчейна, что приводит к более быстрой и надежной окончательности.