Доказательство работы (Proof of work, PoW) - это фундаментальная часть консенсуса Накамото. Он выполняет две функции: Это механизм сопротивления Sybil, используемый для отбора производителей блоков, и он также обеспечивает базовую и всегда возрастающую стоимость возврата блокчейна. Именно поэтому говорят, что PoW обеспечивает безопасность блокчейна Биткойна.

Объединенный майнинг - это техника повторного использования работы, затраченной на обеспечение безопасности одного блокчейна, для одновременного обеспечения безопасности другого блокчейна. Точно так же, как PoW обеспечивает консенсус Накамото, merge-mining может обеспечить консенсус различных блокчейнов. Протокол консенсуса объединенной майнинговой цепочки также может быть протоколом Накамото, или его разновидностью, например, GHOST или DECOR. Действие по применению техники объединенного майнинга часто называют "to merge-mine". Единственное требование для слияния двух блокчейнов заключается в том, чтобы они использовали одну и ту же функцию хеширования заголовка блока (и проверку сложности) для получения PoW.

Принцип работы объединенного майнинга прост. Во-первых, предположим, что существует первичный блокчейн (пусть это будет Биткойн) и вторичный блокчейн S. Пусть_hB и_hS - это два новых заголовка блоков Биткойна и S соответственно. Пусть H - произвольная криптографическая хэш-функция. Чтобы начать добычу, объединенный майнер должен построить шаблон для_hB таким образом, чтобы он однозначно ссылался на H(_hS). Процесс добычи изменяется очень незначительно. При добыче майнеры пытаются найти nonce, который приводит к доказательству работы для_hB, удовлетворяющему сложности, установленной сетью Биткойн, как обычно (т.е. SHA256D(_hB) < _targetB). Однако, если майнер найдет заголовок блока Биткойн с доказательством работы, которое соответствует сложности цепочки merge-mined (SHA256D(_hB) < _targetS), то_hB, _hS, вместе с некоторой дополнительной информацией, связывающей заголовок, становятся действительным доказательством работы блока merge-mined. Полный блок, подвергшийся слиянию, будет содержать PoW и другие оставшиеся данные, специфичные для цепи (т.е. транзакции, на которые ссылается_hS). Блок отправляется во вторичную блокчейн-сеть для добавления во вторичный блокчейн. При объединенном майнинге два разных доказательства работы могут быть созданы по цене одного.

История

Объединенный майнинг почти так же стар, как и Биткойн. В 2010 году Сатоши сам предложил использовать объединенный майнинг для защиты гипотетического сайдчейна BitDNS, который бы хранил децентрализованные доменные имена. Вскоре эта идея была реализована и запущена как альткоин Namecoin. Namecoin начал сливаться с Биткойном в 2011 году для достижения более высокой безопасности.

В этот период другие блокчейны последовали этой тенденции и начали сливаться с Биткойном. Но это были не все розы. В 2012 году LukeJr осуществил 51%-ную атаку на Coiledcoin, который в то время занимался слиянием майнинга с Bitcoin. Это событие показало, что слияние майнинга не является панацеей безопасности для каждого блокчейна, и для того, чтобы этот механизм был безопасным, необходимо обеспечить высокую степень выравнивания стимулов между новой объединенной майнинговой цепочкой и предыдущими цепочками.

В течение 2014 года произошло еще одно важное событие. Dogecoin и Litecoin использовали одну и ту же функцию майнинга, и майнеры начали массово переключаться между двумя блокчейнами. Когда Dogecoin становился более выгодным, все они переключались на добычу Dogecoin, ускоряя производство блоков. Когда корректировка сложности Dogecoin вступала в силу и становилась слишком сложной для прибыльной добычи, они массово переходили на Litecoin, чтобы максимизировать прибыльность, и цикл повторялся. Это привело к нестабильности хешрейта, нестабильности скорости блоков и эмиссии токенов. После этого хешрейт Dogecoin стал слишком низким, чтобы считаться безопасным. Сообщество Dogecoin решило начать принимать блоки, объединенные с Litecoin. На сегодняшний день ни один шахтер одной общины не пытался напасть на другую. Существует несколько причин, по которым не было совершено ни одной атаки: во-первых, слияние майнинга было выгодно обоим сообществам, поскольку при объединенном майнинге сложность блоков и их скорость могли снова стабилизироваться. Во-вторых, это было выгодно и майнерам, которые могли временно удвоить свой доход (пока корректировки сложности блокчейна в сторону увеличения не прекращали этот льготный период). В-третьих, имея сопоставимые хэшрейты, ни один майнер не сможет легко атаковать другую цепочку. В-четвертых, между сообществами Litecoin и Dogecoin не было идеологических разногласий (мы можем спросить себя, было ли в этих сообществах чувство принадлежности). Майнеры просто добывали бы наиболее прибыльную цепочку.

Независимость

Одна из причин, по которой объединенный майнинг исторически был предпочтительным, заключается в том, что он позволяет создавать полностью независимые блокчейны. Под независимостью мы подразумеваем, что эти вторичные цепочки могут продолжать жить, даже если первичная цепочка остановится из-за технических проблем или просто умрет без поддержки своего сообщества. Вторичная цепочка все еще может продолжать получать работу от майнеров слияния без первичной цепочки. В ранние годы даже у Биткойна не было уверенности в будущем. Одна из причин, по которой сайдчейн Rootstock выбрал для своего протокола консенсуса объединенный майнинг (вместо федеративного консенсуса, как в Liquid), заключается в том, что Rootstock был создан во время войны за размер блока, и существовал реальный риск того, что Биткойн будет подорван злоумышленниками или разорван на части разделенным сообществом.

Блочные тарифы

Важной причиной, по которой стоит предпочесть объединенный майнинг другим альтернативным способам наследования безопасности Биткойна, является то, что объединенный майнинг позволяет вторичной цепочке иметь более высокую частоту блоков.

После Биткойна все созданные блокчейны были рассчитаны на поддержку более высокой скорости блоков (меньшее межблочное время). Считается, что это негативно влияет на децентрализацию, поскольку может привести к тому, что одиночные майнеры будут генерировать больше блоков-"сирот", что вынудит их присоединяться к более крупным пулам, чтобы сохранить конкурентоспособность. Высокая скорость блокировки имеет ряд преимуществ, главным из которых является то, что транзакции пользователей подтверждаются быстрее. Парадоксальное преимущество более высокой частоты блоков заключается в том, что дисперсия выплат вознаграждения уменьшается: это, в свою очередь, снижает стимулы к присоединению к крупным майнинговым пулам, что улучшает децентрализацию. Скорость блокировки представляет собой компромисс между удобством использования и децентрализацией, и идеальную скорость трудно найти.

Поэтому разработчики блокчейнов с объединенным майнингом, которые хотят объединить майнинг с Биткойном, должны быть очень осторожны с частотой блоков. Средний интервал между блоками менее 10 секунд без принятия более инклюзивных протоколов консенсуса может создать дополнительную нагрузку на пропускную способность объединенных майнинговых пулов, увеличивая затраты, что может поставить их в невыгодное положение по сравнению с не объединенными майнинговыми пулами.

Претенденты на объединение горнодобывающей промышленности

Подобно объединенному майнингу Накамото, существуют и другие способы наследования безопасности от других цепочек. Первый известный метод был реализован протоколом Mastercoin/OMNI, за ним последовал протокол Counterparty. Новые проекты, такие как RGB, также взяли на вооружение этот метод. Метод основан на встраивании данных транзакций альтернативной бухгалтерской книги в транзакции Биткойн. В RGB это вложение все еще существует, но оно полностью скрыто внутри дерева Taproot. Однако ни история бухгалтерской книги Mastercoin/Counterparty/RGB не образует отдельного блокчейна. История бухгалтерской книги - это просто последовательный список специальных транзакций, встроенных в блоки Биткойна. Существуют и другие способы создания отдельных блокчейнов, наследующих безопасность от основной цепи, как правило, путем попытки полной или частичной синхронизации двух блокчейнов. Все они основаны на публикации данных в выводах OP_RETURN. Некоторые примеры - Veriblock, PoX и Syncchains. В таких "синхронизированных" цепочках реверс первичного блока цепочки автоматически реверсирует последующие блоки вторичной цепочки. Один из недостатков заключается в том, что они заставляют вторичные узлы блокчейна работать также и на первичных узлах цепи. Хотя связанные блокчейны могут обеспечить общую безопасность (и быстрые межцепочечные передачи), синхронный консенсус не может обеспечить более высокую скорость блоков для вторичного блокчейна без внедрения другого протокола консенсуса с переключением (т.е. Микроблоки Bitcoin NG). Напротив, объединенная майнинговая цепочка может использовать любую скорость блока, хотя, как уже говорилось, существует порог, при превышении которого объединенный майнинг становится нерентабельным из-за высоких требований к пропускной способности.

Критика и эволюция

Консенсус Накамото (Merged mined in Nakamoto consensus) был проанализирован, и в научных работах как поддержан, так и подвергнут критике. Однако все существующие исследования были сосредоточены на практическом влиянии объединенного майнинга на децентрализацию, в то время как формализации этого метода все еще не хватает. Академические исследования не обошли стороной метод объединенного майнинга Namecoin. Но этот метод был значительно усовершенствован. Запуск объединенного майнингового сайдчейна Rootstock Bitcoin в 2018 году оживил исследования, которые привели к открытию более безопасных протоколов объединенного майнинга, например, вариантов с поддержкой форков. Некоторые из этих усовершенствований были реализованы в Rootstock в ходе последовательных обновлений сети. Однако новые теоретические исследования все еще разбросаны в онлайновых статьях и РСКИПах (предложения по улучшению корнеплодов), и они заслуживают лучшего документирования. Новые варианты объединенного майнинга, которые будут рассмотрены в следующей статье, могут противостоять некоторым известным атакам. Например, обычно считается, что сайдчейн с объединенным майнингом не может быть защищен от атак типа "double-spend", когда хешрейт объединения майнинга низок (т.е. <10% от хэшрейта первичной цепочки), в то время как с некоторыми новыми вариантами протоколов это возможно (при несколько иных предположениях о безопасности и быстродействии).

Дизайн объединенного майнинга Namecoin

Способ слияния Namecoin с Bitcoin прост. В конце поля coinbase транзакции генерации майнер записывает 4 байта, которые указывают на то, что за ней следует запись AuxPow. Эти 4 байта называются магическими байтами и используются Namecoin для легкого поиска записи AuxPow. Далее мы находим запись AuxPow, в которой майнеры должны хранить корневой хэш-дайджест дерева Меркла, содержащего хэши блоков различных блокчейнов, которые подвергаются слиянию. Затем следует поле treeSize, которое определяет количество блоков разных блокчейнов, включенных в дерево, и поле treeNonce, которое должно помочь избежать коллизий идентификаторов цепочек, но дизайн несовершенен, и это значение не используется. На следующей схеме изображен блок Биткойна, содержащий запись AuxPow, связанную с 4 блоками (W,X,Y и Z) из 4 различных блокчейнов, созданных путем слияния:

Конструкция слияния-майнинга Namecoin

Чтобы узлы Namecoin могли проверить доказательство работы блока Namecoin, блок должен включать поля данных, содержащие:

• Путь Меркла для доказательства включения транзакции Coinbase в дерево транзакций блока Bitcoin
• Сама транзакция coinbase, содержащая корень дерева AuxPow.
• Путь Меркла для поиска хэша блока Namecoin в дереве AuxPow.

В консенсусе Namecoin действует правило проверки доказательства слияния-майнинга и доказательства работы заголовка Bitcoin (игнорируя все остальные поля).

Различие первичной/вторичной цепочки

Мы обычно отличаем один первичный блокчейн от всех вторичных блокчейнов, созданных путем слияния, поскольку блоки вторичных блокчейнов нуждаются в дополнительном доказательстве Меркла, чтобы обеспечить верификацию proof-of-work. Но с точки зрения теории игр, первичного блокчейна не существует. Все они вносят свой вклад в бюджет безопасности. Если хэшрейт первичного блокчейна снизится до 10% от общего хэшрейта, добываемого путем слияния, возникнет соблазн сказать, что вторичный блокчейн стал первичным, поскольку теперь именно этот блокчейн, вероятно, будет оплачивать большую часть бюджета на безопасность. Различие может быть еще более запутанным, поскольку объединенная "вторичная" блокчейн может захватывать работу из более чем одной "первичной" цепи, как в случае с Rootstock. Хотя большая часть хешрейта Рутстока поступает от майнеров Биткойна, были случаи, когда небольшая часть хешрейта поступала от майнеров Биткойн Кэш, поэтому Рутсток унаследовал хешрейт от двух основных цепочек.

Даже если по философским соображениям Вы не хотели бы получать хешрейт, например, от Bitcoin SV, это невозможно легко предотвратить. С точки зрения консенсуса Rootstock заголовки блоков Bitcoin и Bitcoin SV выглядят идентично (поля родительского блока или сложности могут быть использованы для эвристического различения на основе сложности блока, но это не будет точным). Поэтому, объединив хэшрейт всех блокчейнов на основе SHA256D, включая Биткойн, можно добиться того, что Rootstock будет иметь более высокий хэшрейт, чем Биткойн.

Поэтому мы придерживаемся синтаксического определения: первичные цепочки - это цепочки с более короткими объединенными доказательствами майнинга, обычно имеющие один заголовок блока, а вторичные цепочки - это цепочки, требующие дополнительного заголовка блока и его хэша, встроенного в первый.

Нейтралитет блокчейна

В период 2011-2013 гг. на форуме bitcointalk.org было опубликовано несколько предложений о проведении хард-форка Биткойна, чтобы абстрагировать доказательство работы Биткойна в отдельную "главную" заголовочную цепь, и чтобы все блоки объединенных блокчейнов (включая блокчейн Биткойна) происходили от этой главной заголовочной цепи. Хеши блоков всех блокчейнов будут частью единого дерева Пау Меркле. Однако эти предложения не получили развития (вообще, ни одно предложение по хард-форку Биткойна никогда не получало развития).

На самом деле, мастер-заголовку совсем не обязательно быть частью цепочки. Заголовок может быть крошечным и просто указывать корень дерева Меркла из хэшей блоков цепочки и nonce, необходимый для мутации заголовка с целью нахождения PoW. Как мы увидим в следующей статье, наличие поля временной метки в этом маленьком заголовке может повысить безопасность всех цепочек с объединенным майнингом. Этот воображаемый маленький заголовок изображен на следующем рисунке, где X и Y относятся к некоторым другим блокчейнам с объединенным майнингом:

Конструкция merge-майнинга без первичного блокчейна

Если бы эта структура данных была принята, то в объединенном майнинге Биткойна не было бы никакого первичного блокчейна.

Когда мы анализируем стимулы для майнеров к обеспечению более чем одной блокчейн с одним и тем же доказательством работы, мы должны анализировать все их как равноправные цепи. Для анализа стимулов слияния майнинга мы должны думать о майнерах SHA256D (фактически используемой хэш-функции), а не о майнерах Bitcoin. Мы должны проанализировать все блокчейны с объединенным майнингом и стимулы, которые блокчейн предоставляет майнерам.

Сайдчейны с объединением

Боковые цепочки Биткойна увеличивают полезность Биткойна и, следовательно, способствуют росту его стоимости. Используя сайдчейн, биткойнеры могут осуществлять частные платежи, создавать ДАО и исследовать инновационные варианты использования, не обменивая свои биткойны на другие более волатильные монеты (иногда называемые биткойн-максималистами "говномонетами"). В настоящее время существует два сайдчейна Биткойна: Liquid (федеративный консенсус) и Rootstock (объединенный майнинг).

Сайдчейн Rootstock предлагает более дешевые платежи и децентрализованные финансовые (DeFi) приложения. Одно из полезных децентрализованных приложений для биткойнеров - самокредитование в stablecoin под залог rBTC. Это решение позволяет биткойнерам использовать токены, деноминированные в фиате, и не быть вынужденными продавать свои биткойны для осуществления повседневных расходов.

Широко распространено мнение, что в ближайшие годы DeFi на Биткойне значительно вырастет, и в будущем будут раскрыты новые непредвиденные варианты использования. Именно поэтому большинство биткойнеров поддерживают Rootstock и с нетерпением ждут, когда он начнет расти быстрее.

Сайдчейн Rootstock был специально разработан для стимулирования Биткойн-сообщества. Она стимулирует участие биткойнеров и, в частности, майнеров Биткойна, используя объединенный протокол консенсуса майнинга. Биткойн и Rootstock могут быть успешно объединены для совместного майнинга благодаря общим стимулам и общим сообществам.

В следующей статье я представлю модель консенсуса слиянного майнинга Rootstock, а также покажу несколько инноваций, созданных сообществом Rootstock, которые существенно повышают безопасность слиянного майнинга. Я также покажу, как объединенный майнинг может принести пользу Биткойну, увеличив его бюджет безопасности в долгосрочной перспективе.

Краткая информация

Объединенный майнинг - это ключевая часть протокола консенсуса на основе PoW, который позволяет блокчейну унаследовать безопасность от основной цепи, не дублируя затраты на майнинг. Консенсус Накамото, использующий объединенный майнинг, может привести к более высокой децентрализации, чем протоколы консенсуса, основанные на доказательстве полномочий или доказательстве доли (proof-of-stake). Однако безопасность первичной цепочки будет передаваться объединенным майнинговым цепочкам только в том случае, если объединение будет взаимовыгодным. Поэтому объединенный майнинг идеально подходит для боковых цепей Биткойна, которые могут принести огромную пользу сети Биткойн. Rootstock, первый Тьюринг-полный сайдчейн смарт-контрактов Биткойна, добывается более чем 50% текущего хешрейта Биткойна, и его хешрейт растет каждый год, что делает его одной из самых безопасных сетей смарт-контрактов из существующих. Rootstock использует вариант протокола с учетом вилок, который будет рассмотрен в следующей статье.

Отказ от ответственности:

1. Эта статья воспроизведена с сайта[Bitslog], авторские права принадлежат автору оригинала [Sergio Demian Lerner]. Если есть возражения против воспроизведения, пожалуйста, свяжитесь с командой Gate Learn, и команда оперативно обработает их согласно соответствующим процедурам.
2. Отказ от ответственности: Взгляды и мнения, выраженные в этой статье, представляют собой только личные взгляды автора и не являются никакими инвестиционными советами.
3. Версии статьи на другие языки переведены командой Gate Learn. Без упоминания Gate.io не разрешается копировать, распространять или плагиатить переведенные статьи.