Содержание

#1. Очевидная слабость нынешних блокчейнов
#2. Решение проблемы масштабируемости
#3. Принципы работы DAG
#4. Принципы работы сети Tangle
#5. Hashgraph: последнее поколение DLT
#6. Принципы работы Hedera Hashgraph
#7. Математическое доказательство устойчивости
#8. Будущее Hedera Hashgraph

Блокчейн криптовалюты Bitcoin обычно рассматривается как оригинальный блокчейн версии 1.0, поскольку это первая современная реализация технологии распределенной бухгалтерской книги (DLT). Со временем блокчейн 1.0 развился в Ethereum, который считается блокчейном версии 2.0. И вот теперь мы, вероятно, наблюдаем за рождением блокчейна 3.0 в форме Tangle или Hashgraph.

Правда, подобное разделение развития блокчейна на три этапа — упрощение, поскольку у блокчейна 3.0 нет «цепочки блоков». Вместо нее третье поколение DLT использует ориентированный ациклический граф (DAG). Из статьи вы узнаете, почему DAG называют пост-блокчейн-концепцией и чем именно Tangle и Hedera Hashgraph отличаются от традиционных блокчейнов.

Очевидная слабость нынешних блокчейнов

Если судить по заголовкам в прессе, блокчейны первого и второго поколения уже перевернули мир с ног на голову. Кажется, что не осталось ни одной сферы, куда бы ни проникла новая технология. Однако на практике ситуация несколько иная.

Такие блокчейны, как Bitcoin и Ethereum, имеют важное ограничение, которое замедляет их внедрение в реальный сектор. Речь о проблеме масштабируемости: критическое снижение пропускной способности и скорости транзакций при существенном росте объемов транзакций. Так, блокчейн Bitcoin может обработать до 7 операций в секунду (TPS), Ethereum — 20 TPS. У PayPal или Visa пропускная способность намного выше: 200 и 56 000 TPS соответственно.

Проблема масштабируемости возникла из-за того, что разработчикам этих блокчейнов пришлось решать так называемую трилемму блокчейна, когда из трех качеств — децентрализация, безопасность и масштабируемость — нужно отдать предпочтение двум.

Создатели Bitcoin и Ethereum выбрали безопасность и децентрализацию, поэтому их системы немасштабируемы. Разработчики частных блокчейнов (Hyperledger, R3 Corda, Quorum) отказались от децентрализации в пользу скорости. Чтобы не идти на компромиссы и получить все три качества трилеммы, нужно заново изобрести способ построения децентрализованной сети.

Решение проблемы масштабируемости

Разработчики и сторонники Bitcoin и Ethereum знают о слабости своих экосистем и пытаются ее устранить путем различных апдейтов. Что касается Bitcoin, то здесь главные претенденты на решение проблемы масштабируемости — это технологии Lightning Network и RootStock. В случае Ethereum в вершине списка находятся технологии Sharding, Plasma и Caspar.

Lightning Network или Sharding — это своего рода надстройки над основной сетью блокчейна, в основе которых следующая идея: не всем участникам сети нужно знать всю информацию об истории транзакций, чтобы поддерживать эффективную синхронизацию сети. Эта идея — то, на чем основан подход с использованием направленного ациклического графа (DAG).

Блокчейн основан на «вертикальной архитектуре», тогда как DAG работает по «горизонтальной» схеме. В сети блокчейна транзакции группируются в новые блоки, которые затем добавляются в цепочку блокчейна. В «горизонтальная» сети DAG транзакции напрямую связываются с другими транзакциями, группируя их в блоки.

Принципы работы DAG

Направленный. Когда платеж производится в сети DAG, он создает соединение с двумя (или более) последними платежами, произведенными в сети до него. Посредством этой связи происходит проверка баланса и подлинности более старых платежей, и если все нормально, новый платеж подтверждает их.

Поскольку новые платежи всегда проверяют старые, считается, что чем старше платеж, тем он более «законный» и тем сложнее его отменить. Это то, что подразумевается под словом «Направленный» в аббревиатуре DAG.

Ацикличный. Буквально означает «не в цикле». В случае сетей, где новые платежи подтверждают старые, это означает, что старый, уже проверенный платеж никогда не проверяет новый. То есть проверка всегда идет вперед и никогда не создает подобие хоть какого-то цикла.

Граф. Название графика платежей и подключений. На рисунке графа ниже: параллельные линии — это история записей узлов (пользователей), круги — события (транзакции), линии между событиями — связи, идущие от новых событий к старым.

Поскольку структура DAG похожа на паутину верификации, ее довольно часто называют клубком (tangle). И хотя это не блокчейн, Tangle обладает теми же свойствами, что и децентрализованный блокчейн: распределительный реестр, основанный на одноранговой сети. Следовательно, Tangle, как и блокчейн, является механизмом валидации распределенного принятия решений.

Принципы работы сети Tangle

Tangle (криптовалюты IOTA) создается путем связывания отдельных транзакций в единую одноранговую сеть. Связи между транзакциями формируются на базе простого правила: чтобы новая транзакция была подтверждена, она должна подтвердить две более старые транзакции, каждая из которых подтвердила две другие еще более старые транзакции.

На рисунке: зеленые квадраты — подтвержденные транзакции; красные — неподтвержденные транзакции, которые подтвердили две более старые транзакции; серые — неподтвержденные транзакции, которые должны подтвердить две более старые транзакции (их еще называет «tips»).
Связь между новыми и старыми транзакциями налаживается с помощью метода Монте Карло по схеме марковской цепи (MCMC), который рандомизирует процесс выбора транзакций для подтверждения и гарантирует, что участники не будут проверять собственные транзакции.

В отличие от блокчейна Bitcoin или Ethereum, где транзакции подтверждают майнеры в обмен на вознаграждение: награда за создание блока + процент со сделки — комиссионные. В Tangle функция обработки и утверждения платежей возложена на всех активных участников сети. Каждый пользователь, желающий произвести транзакцию, подтверждает две другие новые транзакции и косвенно подтверждает всю историю транзакций.

Таким образом, сеть Tangle избавлена от необходимости платить майнерам за подтверждение транзакций, вследствие чего в сети нет транзакционных комиссий. И поскольку нет необходимости создавать блоки, то транзакции подтверждаются очень быстро: чем больше активных участников, тем больше пропускная способность сети.

Чтобы избежать двойных расходов, Tangle (криптовалюты IOTA) использует концепцию под названием «Illustrated Introduction». Ее суть в том, что система подсчитывает все транзакции пользователя и не дает ему дважды потратить одну и ту же монету. Если у пользователя есть две неподтвержденные транзакции, сумма которых превышает его баланс, то система выбирает цепочку, в которой будет больше «tips». Цепочка с меньшим рейтингом «обрезается».

Сочетание DAG и Illustrated Introduction обеспечивает проектам на основе Tangle большой потенциал к масштабированию, так как в отличие от блокчейна, где есть ограничения пропускной способности сети, мощность сети Tangle возрастает с ростом количества активных пользователей. На данный момент скорость самых крупных сетей Tangle, IOTA и Nano — 1000 и 7000 TPS соответственно.

Hashgraph: последнее поколение DLT

Hashgraph — это еще один способ построения распределительной бухгалтерской книги (DLT). Его разработал Leemon Baird в середине 2016 года, ориентируясь на потребности частного корпоративного сектора. Интеллектуальная собственность на Hashgraph принадлежит компании Swirlds, поэтому программное обеспечение для создания частных DLT получило название Swirlds Hashgraph.

Преимущества Swirlds Hashgraph:

• скорость — до 100 000 транзакций в секунду;
• неизменность истории транзакций;
• устойчивость к DDoS-атакам;
• одноразовая DLT.

Swirlds Hashgraph не является блокчейном, поэтому криптовалютный хайп обошел технологию стороной. Но она была замечена банками: консорциум из 6000 банков Северной Америки, образованный Union National Association (CUNA) и Mountain West Credit Union Association (MWCUA), выбрал Swirlds Hashgraph для создания общей для всех корпоративной сети.

Благодаря этому успеху Swirlds решилась на запуск «Hedera Hashgraph Platform». По сути, это аналог сети Ethereum, только без традиционного блокчейна и с другой моделью управления. На вершине «пищевой цепочки» платформы находится Hedera Governing Council, в котором заседают 39 членов (частные и юридические лица), и они будут определять путь развития проекта. Выбирает членов совета руководство Swirlds. Пять членов совета уже выбраны: T-Labs, DLA Piper, Nomura Holdings, Swisscom Blockchain и журнал Luiza.

Таким образом, управление Hedera Hashgraph будет осуществляться по типу транснациональной компании (консорциума), что больше напоминает модель управления Visa, нежели Bitcoin и Ethereum. Это же касается и интеллектуальной собственности: хардфорки в сети Hedera Hashgraph невозможны, поскольку программное обеспечение защищено авторским правом.

Принципы работы Hedera Hashgraph

Как и в случае с Tangle, Hedera Hashgraph не является блокчейном. В отличие от блокчейна, где информация хранится в блоках, в Hedera Hashgraph информация хранится в хэшах (отсюда и название «hashgraph»), которые описывают определенные «события».

Внутри каждого события записи о транзакциях, известные одному участнику и предположительно неизвестные другим участникам: метка времени, два разных родительских хэша и одна или несколько транзакций. Подобно Tangle, Hashgraph создает из событий (или транзакций) разветвленную схему, где транзакции располагаются в хронологической последовательности, благодаря чему можно проследить их историю.

Работа платформы и обмен хешами между участниками происходит посредством Gossip protocolа: когда происходит событие, узел передает данные о нем двум другим случайным узлам, которые передают их двум другим узлам (в сумме уже четырем) и так далее Это приводит к экспоненциальному распространению информации по всей сети.

Однако простого распространения информации недостаточно для достижения консенсуса в отношении общей суммы информации в сети. Для этого каждый участник системы (нода) должен знать историю транзакций, то есть точную хронологию всех отдельных транзакций (временные метки транзакций).

В Hashgraph за это отвечает алгоритм консенсуса «Сплетни о сплетнях»: каждая нода в сети делится всеми своими сведениями о том, какая нода, когда и с кем общалась Или, если говорить технически, каждое устройство делится своими данными о хеш-графе (точный порядок всех транзакций, когда-либо осуществленных в сети Hedera Hashgraph).

Поскольку у каждой ноды всегда есть текущий хэш-график, она всегда знает всю историю транзакций. Это обстоятельство делает возможным то, что у Hashgraph называют «виртуальным голосованием»: раз все узлы имеют копию истории транзакций и информацию о том, кто получил информацию в данный момент времени, каждый узел может рассчитать, как будут себя вести остальные узлы.

То есть каждый узел заранее знает решение другого без принятия активного эффективного решения (голосования). Это «голосование без голосования» и позволяет достичь сети консенсуса. За короткое время и без необходимости проводить ресурсоемкую процедуру координации узлов между собой.

Математическое доказательство устойчивости

Интересно, что алгоритм консенсуса, который используется в сети Hedera Hashgraph, уже более 35 лет применяется на практике (в немного другом виде). И он настолько хорошо сделан, что имеет «математически подтвержденный уровень безопасности». То есть, согласно математическим расчетам, его очень сложно (если не невозможно) перехитрить.

Именно поэтому разработчики Hedera Hashgraph ссылаются на математические доказательства надежности, говоря, что их сеть — единственная технология DLT с асинхронной византийской устойчивостью к ошибкам (A-BFT, или aBFT). Это означает, что пока менее одной трети участников сети не захочет обмануть сеть, система всегда сможет найти консенсус в отношении состояния сети и истории транзакций. Считается, что это самая высокая степень безопасности, которую может обеспечить алгоритм консенсуса.

Будущее Hedera Hashgraph

Безопасность. Как форма DTL, Hashgraph может изменить структуру современного интернета. Дело в том, что интернет в его нынешнем виде имеет ряд врожденных дефектов, главный из которых — централизованные серверы и централизованное хранение данных. Именно из-за этого дефекта хакеры, BotNet, взломы, спам и DDoS-атаки стали частью повседневной жизни любого интернет-пользователя.

Hashgraph может «излечить» этот дефект, создавая экосистемы, где информация хранится в открытом виде и при этом защищена от хакеров, фальсификации и DDoS-атак. Такие системы смогут обслуживать все что угодно — от школьной сети до системы защиты Пентагона. И запускать их сможет практически каждый.

Изолированность систем. Помимо проблемы безопасности, разработчики Hedera Hashgraph также уверяют, что смогут решить проблему изоляции интернета. Сейчас мировая паутина состоит из большого количества изолированных миров (операционных систем, устройств, программ и веб-платформ), которые по умолчанию не связаны друг с другом.

Чтобы связать эти миры, между ними возводят мосты (протоколы связи, API), которые ориентированы не столько на эффективность сколько на безопасность. Поэтому такие мосты очень ресурсоемки. Если же эти миры будут возводиться на базе Hedera Hashgraph, необходимость в мостах пропадет, а связь между ними будет осуществляться по умолчанию.

Масштабируемость. В отличие от традиционных протоколов блокчейна, Hashgraph позволит создавать экосистемы с неограниченным потенциалом к масштабизации. Это станет возможным благодаря двум вещам:

• пропускная способность систем на базе Hedera Hashgraph возрастает с ростом количества активных участников;
• участники сетей на базе Hedera Hashgraph будут получать вознаграждение за использование ресурсов их устройств.

Плата за использование ресурсов важна, поскольку это позволит распределить сеть между устройствами обычных пользователей, а не централизованных высокобюджетных серверных станций. Это уменьшит централизацию системы и одновременно с этим увеличит уровень ее безопасности, поскольку чем больше участников, тем сложнее взломать сеть.

Этому также способствует то, что нода в Hedera Hashgraph не требует большого количества ресурсов: дисковое пространство для хранения истории транзакций (как в блокчейне Bitcoin и Ethereum), мощный процессор или видеокарта для майнинга. Нодой в Hedera Hashgraph может быть обычный смартфон, и даже его ресурсы не будут задействованы полностью.

Скорость и пинг интернета. Современный интернет кажется нам довольно быстрым в сравнении со скоростями, которые были еще 5 или 10 лет назад. Однако если заменить централизованные серверы, которые маршрутизируют данные через всю систему, сетями на базе технологий DLT, скорость соединения между устройствами, подключенными к сети, увеличится. Просто пропадут несколько лишних звеньев.

Кроме этого, технологии DLT также позволят свести пинг к минимуму, так как устройства будут связываться либо друг с другом, либо через минимальное количество посредников. Для обычных людей выигрыш в 10-30 миллисекунд не сыграет большой роли, но для банковского, медицинского и государственного сектора это будет очень большим плюсом. Как и для всех поклонников виртуальных игр.