Когда вы покупаете что-то в магазине, вы отдаете денежные купюры и взамен получаете оплаченный товар — происходит явный перевод стоимости. С цифровыми банковскими операциями, такими как дебетовая или кредитная карта, банк связывается с розничным продавцом, чтобы убедиться, что сумма будет вычтена с вашего счета. Однако с криптовалютами процесс не так очевиден. Это порождает вопрос о том, как сеть блокчейна предотвращает двойные траты криптовалюты. Именно здесь технология блокчейна обеспечивает безопасность транзакций через окончательность блоков.

Что такое финальность блока?

Блоковая неопровержимость относится к постоянной природе транзакции после ее записи в блокчейн. В отличие от традиционной финансовой системы, где транзакции могут быть отменены, транзакции в блокчейне становятся необратимыми, как только они достигают неопровержимости. Это необходимо для поддержания целостности сети, поскольку ни один участник не может подделать или изменить прошлые транзакции.

Точка, в которой достигается окончательность, зависит от механизма достижения консенсуса, используемого на этой конкретной блокчейн. Будь то Proof of Work (PoW), Proof of Stake (PoS) или другие модели консенсуса, каждая сеть имеет метод определения того, когда транзакция подтверждается и окончательно включается в блокчейн.

Как работает окончательность блока?

Каждая сеть блокчейн уникальна, со своими отличительными особенностями, но окончательность блока - ключевое понятие для безопасности - существует во всех сетях, достигается различными методами. Механизм консенсуса, который проверяет транзакции и обеспечивает безопасность децентрализованной сети, является основой для достижения окончательности в различных блокчейнах.

Различные блокчейны используют различные механизмы консенсуса, адаптированные к своим потребностям. Популярные примеры включают proof of work (PoW), proof of stake (PoS) и proof of history (PoH) – последние два примера используются в совокупности в сети Solana. Эти механизмы определяют, как проверяются транзакции и когда они достигают окончательности, то есть они записываются навсегда и не могут быть отменены.

Например, Биткойн использует традиционный механизм доказательства работы, где шахтеры соревнуются в решении сложных алгоритмов для проверки транзакций. Одной из ключевых особенностей PoW, особенно важной для окончательности блока, является "правило самой длинной цепи". В этой системе цепь с наибольшим накопленным объемом работы считается допустимой. По мере добавления блоков к блокчейну Bitcoin после транзакции его окончательность укрепляется, что делает его все более безопасным и необратимым.

Источник: gsr.io

Окончательность достигается по-разному в сетях Proof of Stake (PoS), таких как Ethereum, после перехода к Ethereum 2.0. Вместо майнеров выбираются валидаторы на основе суммы криптовалюты, которую они поставили. Эти валидаторы отвечают за предложение и проверку новых блоков. Сети PoS используют протоколы, такие как "Casper", для обеспечения правил окончательности.

Источник: unitychain.io

Как только блок будет проверен и добавлен в блокчейн, для его отмены потребуется достижение консенсуса большинства валидаторов, что потребует от них жертвы их стейк-активов. Этот экономический стимул, в сочетании с требованием нескольких подтверждений, гарантирует, что после достижения окончательности транзакции в сети PoS ее крайне сложно и затратно отменить, что делает ее так же безопасной, как PoW, но с большей эффективностью и масштабируемостью.

Типы окончательности блока

У разных блокчейнов есть разные способы достижения окончательности. Среди всех различных сетей и соответствующих механизмов консенсуса блокчейн имеет четыре основных типа окончательности. Они классифицируются по степени уверенности и необратимости транзакций и блоков после добавления их в сеть. Различные типы окончательности блоков включают:

Вероятная окончательность

Наиболее распространено в сетях с доказательством выполнения работы, таких как Dogechain, вероятностная окончательность - это простая цепочная окончательность. Вместо абсолютной окончательности, как только блок добавлен в сеть, он считается, что он вероятно окончателен, и вероятность и уверенность в транзакции увеличиваются с новыми блоками, записанными над этим начальным блоком. Вероятностная окончательность считается достигнутой, когда транзакция была добыта, записана в общедоступную цепочку, и последующий блок был добыт после нее.

Абсолютная окончательность

Абсолютная неотзывность - это высшая степень уверенности в отношении непреложности транзакции после ее подтверждения. При абсолютной неотзывности, после подтверждения и записи транзакции в блокчейн, ее невозможно изменить или отменить. Абсолютная неотзывность наиболее распространена на блокчейн-сетях, таких как Stellar и Ripple, которые используют федеративное согласование. Механизм федеративного согласования поддерживается группой доверенных проверяющих, которые обеспечивают безопасность сети, подтверждая отдельные блоки.

Экономическая окончательность

Экономическая окончательность отличается тем, что безопасность зависит от финансовой прибыли или убытка. Это характеристика механизма консенсуса доказательства доли, где валидаторы должны ставить токены, чтобы участвовать в обеспечении безопасности сети. Они также рискуют потерять ставку токенов, если будут действовать злонамеренно. Таким образом, подтверждение блока обеспечивается финансовыми стимулами, а безопасность поддерживается финансовыми сдерживающими мерами. В сетях, таких как Ethereum, стоимость злонамеренных действий, таких как двойные расходы или отмена транзакций, превышает потенциальную награду за проверку блоков, обеспечивая окончательность транзакции и безопасность сети.

Мгновенная окончательность

Это самый высокий уровень и самый сложный вид окончательности блока, чтобы достичь, с мгновенной окончательностью транзакция считается подтвержденной и следовательно необратимой после ее записи в сети. В реальности, для достижения этого уровня окончательности потребуются значительные изменения в традиционной природе блокчейна и процессе подтверждения транзакции.

Нельзя с уверенностью сказать, удалось ли какой-либо сети достичь мгновенной окончательности, но некоторые блокчейны, использующие механизмы консенсуса Byzantine Fault Tolerant (BFT), такие как Cosmos, говорят, что достигают почти мгновенной окончательности. Протокол Shardeum - это одна из сетей, которая пытается достичь аналогичных результатов, используя механизм консенсуса Proof of Quorum, который гарантирует общую книгу при подтверждении транзакций, проводимых в сети.

Государственная окончательность

Еще один вид окончательности более связан с общей картиной, а именно с самим блокчейном, а не с отдельными транзакциями. С окончательностью состояния рассматривается, может ли транзакция состояния, которая представляет собой изменение состояния блокчейна, например, выполнение смарт-контракта, быть изменена или отменена после завершения. Окончательность состояния также важна, поскольку для децентрализованных протоколов, таких как Ethereum и Solana, важна постоянность выполненных смарт-контрактов для безопасности и эффективности децентрализованных приложений.

Почему важна заключительность блока?

Окончательность блока является наиболее важной в разговорах о безопасности и надежности сети. Однако эту фундаментальную концепцию лучше всего понимать в контексте умных контрактов и проблемы двойных расходов.

Смарт-контракты являются основой децентрализованных приложений, наиболее распространены на сетях DeFi, таких как Solana и Ethereum. В децентрализованной финансовой сфере (DeFi) смарт-контракты автоматизируют финансовые транзакции, такие как кредитование, займы и торговлю без посредников. Окончательность блока является необходимой для беспроблемной и безопасной работы этих процессов.

Например, когда пользователь инициирует обмен на децентрализованной бирже (DEX), такой как Uniswap, смарт-контракт автоматически сопоставляет сделку и передает токены между пользователями. Блочная неизменность гарантирует, что сделка является неизменной после подтверждения и записи этой транзакции в блокчейне. Без неизменности могущественный злоумышленник может потенциально отменить транзакцию или использовать систему для подрыва целостности экосистемы DeFi. Без блочной неизменности результаты этих контрактов были бы неопределенными, что открывало бы дверь для потенциальных споров или атак, таких как двойные расходы или отмена транзакций.

Концепция двойного расходования является еще одним примером, в котором проявляется важность окончательности блока. Двойное расходование — это проблема, которая возникает, когда один и тот же токен тратится более одного раза в нескольких транзакциях. Это считается атакой, поскольку позволяет злоумышленнику потратить одни и те же монеты более одного раза. Завершенность блока предотвращает двойное расходование, гарантируя, что оно будет записано после выполнения транзакции. После того, как транзакция была подтверждена и записана в цепочке, реестр блокчейна навсегда зафиксировал, что токен был потрачен на выполнение конкретной транзакции. Например, как только транзакция проверена, все узлы используют одну и ту же запись блокчейна в сети Proof of Work, которая сообщает, что эти токены были потрачены. Таким образом, злоумышленник не сможет потратить те же токены снова.

Окончательность блока в разных уровнях 1

Блоковая окончательность определяет постоянство каждой выпущенной транзакции в блокчейне. Однако технология блокчейн очень сложна, и в обработке транзакций на блокчейне участвует множество других факторов.

Окончательность блока - не единственный аспект обработки транзакций. Другие концепции, такие как сетевая задержка, время блока и TPS (транзакций в секунду), являются значительно более важными. Сетевая задержка может быть описана как время между выдачей и подтверждением транзакции. Время блока, однако, - это время, необходимое для майнинга каждого блока перед его добавлением в сеть. TPS (транзакций в секунду) часто путают с сетевой задержкой, но TPS - это общее количество транзакций, которое сеть может обрабатывать в секунду. Это можно описать как пропускную способность сети.

Другие концепции, такие как высота блока, размер блока и сиротские блоки, заслуживают внимания. Высота и размер блока относятся к количеству блоков, предшествующих текущему блоку в сетевой цепи, в то время как размер относится к общему количеству фаты, которое может быть записано в цепочке. Например, типичный размер блока в сети Bitcoin составляет 1 МБ, в то время как Ethereum - 1 МБ. Сиротские блоки на цепи являются последствием правила самой длинной цепи. Как уже объяснялось ранее, биткойн следует правилу самой длинной цепи, принимая самую длинную подтвержденную цепь. В результате этого правила те блоки, которые уже были добыты, и которые отвергнуты в пользу более длинной цепи, становятся сиротскими блоками, отдельными от остальной цепочки.

Препятствия к окончательности блока

Хардфорки

Одной из основных проблем окончательности блока является возникновение жестких разветвлений. Жесткое разветвление происходит, когда блокчейн расщепляется на два различных пути из-за изменения протокола или разногласий между участниками. Это создает две версии блокчейна, обе из которых временно могут претендовать на статус легитимной цепи. В контексте окончательности жесткое разветвление нарушает уверенность в том, что транзакции являются постоянными и необратимыми. Если разветвленная цепь принимается как доминирующая, подтвержденные на предыдущей цепи транзакции могут быть аннулированы, подрывая доверие пользователей к окончательности сети.

Задержка сети и задержки в обмене информацией


Еще одной проблемой, влияющей на завершенность блока, является задержка сети или медленная связь между узлами. В децентрализованных сетях узлы должны часто взаимодействовать, чтобы согласовать состояние блокчейна и подтвердить транзакции. Задержки в обмене данными из-за физического расстояния или перегрузки сети могут замедлить проверку блоков и привести к неопределенности в отношении окончательности транзакций. В системах Proof-of-Stake или Proof-of-Work медленное распространение блоков может создавать временные форки, что приводит к потенциальной реорганизации блоков, что задерживает завершение транзакции.

Уязвимости смарт-контрактов

Уязвимости смарт-контрактов также подвергают сомнению окончательность блока, особенно на платформах, таких как Ethereum, которые поддерживают децентрализованные приложения. Если в смарт-контракте есть ошибка или его злоупотребляют злонамеренные акторы, транзакции, которые изначально считались окончательными, могут потребовать отмены или оспаривания. Хотя блокчейны разработаны для предотвращения подделки истории транзакций, сложность смарт-контрактов создает дополнительный уровень риска. Если контракт скомпрометирован, последствия могут быть серьезными, поскольку даже завершенные транзакции могут быть аннулированы через правовое или общественное вмешательство.

Отличным примером является известный хак DAO в 2016 году, когда злоумышленник использовал уязвимость в коде децентрализованной автономной организации (DAO), чтобы выкачать $60 миллионов в Эфире. Хотя блокчейн технически достиг окончательности, подтвердив эти транзакции, эксплойт вызвал жесткий форк в сети Ethereum, что привело к созданию Ethereum Classic.

Атаки 51%


Атака 51% - одна из самых серьезных угроз окончательности блока. Она происходит, когда одно лицо или группа контролирует более 50% вычислительной мощности сети или заложенных токенов. Обладая таким большинством, они могут переписать историю блокчейна, создавая альтернативные цепи, двойные расходы или отмену ранее подтвержденных транзакций. Это подрывает основной принцип окончательности, так как для злоумышленников становится возможным вмешиваться в блоки, которые когда-то считались безопасными и необратимыми. Хотя такие атаки сложно осуществить на крупных, хорошо установленных сетях, они остаются значительной проблемой для меньших или менее децентрализованных блокчейнов.

Заключение

Завершенность блока является основным понятием технологии блокчейн, поскольку она обеспечивает постоянство и необратимость транзакций после их подтверждения. Она отвечает за обеспечение безопасности сетей криптовалют и предотвращение злонамеренной деятельности, такой как двойные расходы.

Поскольку сети блоков продолжают расти, рядом с новыми механизмами консенсуса разрабатываются новые процессы достижения окончательности блокчейна. Даже в таких условиях проблемы окончательности блока продолжают существовать, что подчеркивает важность развития более надежных сетей.