Введение в технологию Блокчейн

Технический термин для этого – атака Сибиллы.

Сибиллы – это копии узлов, которые злонамеренный противник может создать, чтобы выглядеть как много разных участников, когда на самом деле все эти псевдо-участники контролируются одним и тем же противником.

Другая причина заключается в том, что псевдонимность по своей сути является целью Биткойна.

Напомню, что псевдонимность – это когда все транзакции между всеми адресами (кошельками) общедоступны, но нет данных о владельцах адресов. Однако личность владельца может быть установлена, если становится известна необходимая дополнительная информация.

Даже если бы было возможно или было легко установить идентификаторы для всех узлов или всех участников, мы бы не захотели этого делать.

Хотя Bitcoin не дает серьезных гарантий анонимности в том, что различные транзакции, которые вы делаете, часто могут быть связаны друг с другом, у него есть свойство, что никто не должен раскрывать свою реальную личность, такую как свое имя или IP-адрес, для участия в системе биткойн.

И это важное свойство и центральная особенность дизайна Биткойна.

Если бы узлы имели идентификаторы, дизайн был бы проще.

Для начала идентификаторы позволяли бы нам вводить в протокол инструкции формы: «Теперь узел с таким-то числовым идентификатором должен сделать такой-то шаг».

Без идентификаторов набор возможных инструкций более ограничен.

Но гораздо более серьезная причина для того, чтобы узлы имели идентификаторы – это для обеспечения безопасности.

Если бы узлы были идентифицированы и не нельзя было бы тривиально создавать новые идентификаторы узлов, то мы могли бы сделать предположения о числе узлов, которые являются вредоносными, и мы могли бы извлечь из этого какие-то свойства для обеспечения безопасности.

По обоим этим причинам отсутствие идентичности создает трудности для консенсусного протокола в Биткойне.

Мы можем компенсировать отсутствие идентичности, сделав не строгую идентификацию, а более слабую.

Предположим, что есть возможность выбрать случайный узел в системе.

Хорошей мотивирующей аналогией для этого является лотерея.

То, что мы можем сделать в этом контексте, – это выдавать токены или билеты или что-то вроде этого.

Это позволяет нам позже выбрать случайный идентификатор токена и вызвать владельца этого идентификатора.

Поэтому на данный момент сделаем предположение, что таким образом можно выбрать случайный узел из сети биткойнов.

Далее предположим, что этот алгоритм генерации и распределения токенов достаточно умный, так что, если противник попытается создать множество узлов Сибиллы, все эти Сибиллы вместе получат только один токен.

Это означает, что противник не сможет увеличивать свою силу, создавая новые узлы.

Позже мы удалим эти предположения и подробно рассмотрим, как реализуются свойства, эквивалентные этим, в биткойне.

Это предположение о случайном выборе узла делает возможным то, что называется неявным консенсусом.

В нашем протоколе есть множество раундов, каждый из которых соответствует блоку в цепочке блоков.

В каждом раунде каким-то образом выбирается случайный узел, и этот узел получает возможность предложить следующий блок в цепочке.

Нет никакого консенсусного алгоритма для выбора блока и нет никакого голосования.

Выбранный узел в одностороннем порядке предлагает, какой будет следующий блок в цепочке блоков.

Но что, если этот узел злонамеренный?

Для обработки этого есть процесс, но он неявный.

Другие узлы будут неявно принимать или отклонять этот блок.

Если они согласятся с этим блоком, они просигнализируют о своем решении, расширяя цепочку блоков, и включая принятый блок.

Напротив, если они отклонят этот блок, они будут в дальнейшем расширять цепочку, игнорируя этот блок, и начиная с предыдущего блока в цепочке блоков.

Напомним, что каждый следующий блок содержит хеш блока, который он расширяет.

Это технический механизм, который позволяет узлам сигнализировать, какой блок узел расширяет.

Таким образом, упрощенный консенсусный алгоритм биткойна состоит в следующем.

Этот алгоритм упрощен в том, что он предполагает возможность выбора случайного узла таким образом, что делает этот выбор не уязвимым для атак Сибиллы.

1. Новые транзакции передаются всем узлам.

2. Каждый узел собирает новые транзакции в блок

3. В каждом раунде случайный узел получает возможность транслировать свой блок.

4. Другие узлы принимают блок только в том случае, если все транзакции в нем действительны (все подписи валидны).

5. Узлы выражают свое принятие блока, включая его хеш в следующем блоке, который они создают.

Давайте теперь попытаемся понять, почему этот консенсусный алгоритм работает.

Для этого давайте рассмотрим, как вредоносный противник, которого мы назовем Алисой, может подорвать этот процесс.

Рассмотрим кражу биткойнов.

Может ли Алиса просто украсть биткойны, принадлежащие другому пользователю, по адресу, который она не контролирует?

Нет. Даже если настанет очередь Алисы предложить следующий блок в цепочке, она не сможет украсть биткойны других пользователей.

Для этого потребуется, чтобы Алиса создала действительную транзакцию, которая делает проводку этой монеты.

Для этого нужно, чтобы Алиса подделала подписи владельцев, что она не может сделать, если используется безопасная схема цифровой подписи.

Таким образом, до тех пор, пока основная криптография будет строгой и надежной, она не сможет просто украсть биткойны.

Теперь рассмотрим возможность атаки на отказ в обслуживании.

Скажем, Алисе сильно не нравится какой-то другой пользователь Боб.

Поэтому Алиса может решить, что она не будет включать какие-либо транзакции, происходящие из адреса Боба, в любом блоке, который она предлагает, чтобы попасть в цепочку блоков.

Другими словами, она отказывает в сервисе Бобу.