Введение в технологию Блокчейн
Шрифт:
Биткойн получает доказательства работы с использованием головоломок.
Чтобы создать новый блок, узел, который предлагает этот блок, должен найти номер или nonce.
Когда вы объединяете nonce, хеш предыдущего блока и список транзакций, которые составляют новый блок, и получаете хэш всей этой строки, то этот полученный хэш должен быть числом, которое попадает в диапазон, которое довольно мал по отношению к значительно большему выходному пространству этой хэш-функции.
Мы можем определить такое целевое пространство или диапазон, как любое значение, которое попадает ниже определенного целевого значения.
Как мы видели ранее, обычно блок содержит ряд транзакций, которые предлагает узел.
Кроме того, блок также содержит указатель хеша на предыдущий блок.
И кроме того, теперь мы требуем, чтобы блок также содержал nonce.
Идея состоит в том, что мы хотим сделать сложной задачу нахождения nonce, которое удовлетворяет определенному свойству, состоящему в том, что хеширование всего блока вместе, в том числе и nonce, приведет к определенному типу результата.
Если хеш-функция удовлетворяет свойству головоломки, то единственный способ добиться успеха в решении этой задачи с хэшем состоит в том, чтобы просто перебирать nonce один за другим, пока вам не повезет.
Так что конкретно, если целевое пространство для результата составляет всего один процент от общего объема выходных данных, вам нужно попробовать около 100 nonce, прежде чем вы попадете в диапазон.
В реальности, размер этого целевого пространства намного меньше одного процента выходного пространства.
Это понятие головоломок и доказательство работы полностью устраняет необходимость волшебного выбора случайного узла.
Вместо этого узлы просто самостоятельно конкурируют, чтобы все время решать головоломки.
Время от времени одному из них везет, и он находит случайный нонс, который удовлетворяет этому свойству.
Затем этот удачливый узел предлагает следующий блок.
Вот каким образом система полностью децентрализована.
Никто не решает, какой узел получает возможность предложить следующий блок.
Существует три важных свойства головоломки.
Во-первых, ее довольно сложно вычислить.
И эта сложность меняется со временем.
По состоянию на конец 2014 года уровень сложности составлял около 10 в 20 степени хэшей на блок.
Другими словами, размер целевого пространства составлял всего 1/(10 в 20 степени) от размера выходного пространства хэш-функции.
Это очень много вычислений – например, это за пределами возможности обычного ноутбука.
Из-за этого далеко не все узлы пытаются конкурировать в этом процессе создания блока.
Этот процесс повторяющихся попыток и решений этих головоломок хэша известен как майнинг биткойна и участвующие в этом процессе узлы называются майнерами.
Хотя технически кто угодно может быть майнером, для этого сейчас высокая стоимость входа в этот процесс.
Второе свойство головоломки состоит в том, что мы хотим, чтобы стоимость решения была параметризируемой,
а не фиксированной стоимостью все время.То, как это делается, заключается в том, что все узлы в одноранговой сети Bitcoin автоматически пересчитывают размер целевого пространства в виде доли выходного пространства, каждые 2016 блоков.
Они пересчитывают диапазон таким образом, чтобы среднее время между последовательными блоками, создаваемыми в сети Биткойн, составляла около 10 минут.
С 10-минутным среднем временем между блоками, 2016 блоков работают до двух недель.
Другими словами, пересчет целевого пространства происходит примерно раз в две недели.
Давайте подумаем, что это значит.
Если вы майнер, и вы вложили определенное количество компьютерного железа в добычу биткойнов, но общая экосистема майнинга растет, в нее поступают все больше майнеров или они развертывают все более мощное аппаратное обеспечение, это означает, что за двухнедельный период, будет найдено немного больше блоков, чем ожидалось.
Таким образом, узлы будут автоматически перенастраивать диапазон головоломки, и объем работы, которую вы должны будете сделать, чтобы найти блок, будет увеличиваться.
Поэтому, если вы вложили фиксированный объем инвестиций в оборудование, скорость, с которой вы находите блоки, фактически зависит от того, что делают другие майнеры.
Есть очень хорошая формула, чтобы зафиксировать то, что вероятность того, что любой данный майнер, например, Алиса, выиграет следующий блок, пропорциональна доли глобальной хэш-мощности, которую она контролирует.
Это означает, что, если у Alice есть оборудование для майнинга, которое составляет около 0,1 процента от общей хэш-мощности экосистемы, она будет добывать примерно один из каждых 1000 блоков.
Какая цель у этой корректировки сложности головоломки?
Почему мы хотим сохранить этот 10-минутный интервал между новыми блоками?
Причина довольно проста.
Если бы блоки были очень близки друг к другу, тогда мы потеряли бы преимущества оптимизации, заключающиеся в том, что мы можем вносить много транзакций в один блок.
Нет ничего волшебного в отношении числа 10.
И было много дискуссий о идеальной латентности блока, которую альткоины или альтернативные криптовалюты должны иметь.
Но, несмотря на некоторые разногласия относительно идеальной задержки, все согласны с тем, что это должна быть фиксированная величина.
Вот почему у нас есть функция автоматического пересчета целевого пространства или сложности головоломки.
Способ настройки доказательства работы позволяет нам переформулировать наше предположение о безопасности.
Вместо того, чтобы сказать, что почему-то большинство узлов являются честными в контексте, где узлы даже не имеют идентификаторов и не понимают, что это значит, мы можем теперь четко заявить, что атаки на биткойн маловероятны, если большинство майнеров, взвешенные по хэш-мощности, следуют протоколу – или, являются честными.
Это так, потому что, если большинство майнеров, взвешенные по хеш-мощности, честны, конкуренция за предложение следующего блока автоматически гарантирует, что существует по меньшей мере 50-процентный шанс, что следующий блок, который будет предложен в любой момент, исходит от честного узла.