Коли ви купуєте що-небудь у магазині, ви розлучаєтеся з готівковими купюрами і отримуєте предмет, за який заплатили, у відповідь - це чіткий переказ вартості. З цифровим банківським обслуговуванням, таким як дебетова або кредитна картка, банк спілкується з роздрібним торговцем, щоб забезпечити зняття суми з вашого рахунку. Однак з криптовалютами процес не настільки очевидний. Це викликає питання про те, як мережа блокчейну запобігає подвійному витраті криптовалюти. Саме тут технологія блокчейну забезпечує безпеку транзакції через фінальність блоку.

Що таке фінальність блоку?

Остаточність блоку відноситься до постійного характеру транзакції після того, як вона записана в блокчейн. На відміну від традиційних фінансів, де транзакції можуть бути скасовані, блокчейн-транзакції стають незворотними, як тільки вони досягають завершеності. Це важливо для підтримки цілісності мережі, оскільки жоден учасник не може втручатися або змінювати минулі транзакції.

Точка, в якій досягається остаточність, залежить від механізму консенсусу, що використовується в цьому певному блокчейні. Чи через Proof of Work (PoW), Proof of Stake (PoS) або інші моделі консенсусу, в кожній мережі є метод визначення моменту, коли транзакція підтверджується і постійно включається в блокчейн.

Як працює завершення блоку?

Кожна мережа блокчейн є унікальною зі своїми власними особливостями, але блок-завершеність - це ключова концепція для безпеки, яка існує у всіх мережах і досягається за допомогою різних методів. Механізм консенсусу, який перевіряє транзакції та забезпечує безпеку децентралізованої мережі, є ключовим для досягнення завершеності у різних блокчейнів.

Різні блокчейни використовують різні механізми консенсусу, адаптовані до їхніх потреб. Популярні приклади включають доказ роботи (PoW), доказ частки володіння (PoS) і доказ історії (PoH) — останні два приклади використовуються разом у мережі Solana. Ці механізми визначають, як транзакції перевіряються і коли вони досягають остаточності, тобто вони постійно реєструються і не можуть бути скасовані.

Наприклад, Bitcoin використовує традиційний механізм доказу роботи, де гірники борються за вирішення складних алгоритмів для підтвердження транзакцій. Ключовою особливістю PoW, особливо відносно остаточності блоків, є «правило найбільшої ланки». У цій системі ланцюжок з найбільшою накопиченою роботою вважається дійсним. Чим більше блоків додається до блокчейну Bitcoin після транзакції, тим більш зміцнюється її остаточність, що робить її все більш безпечною та незворотною.

Джерело: gsr.io

Остаточність досягається по-різному в мережах з доказом участі (PoS), таких як Ethereum, після переходу на Ethereum 2.0. Замість рударів вибирають валідаторів на основі обсягу криптовалюти, яку вони вклали. Ці валідатори відповідальні за запропонування та підтвердження нових блоків. Мережі PoS використовують протоколи, такі як «Каспер», щоб забезпечити дотримання правил остаточності.

Джерело: unitychain.io

Після того як блок підтверджено та додано до блокчейну, для його скасування потрібні згода більшості валідаторів, що передбачає їхню відмову від ставлених активів. Цей економічний стримувальний захід, у поєднанні з вимогою до кількох підтверджень, забезпечує, що після того, як транзакція досягає остаточності в мережі PoS, вона надзвичайно складно та дорого скасовується, що робить її так само безпечною, як PoW, але з більшою ефективністю та масштабованістю.

Типи блоку фінальності

Різні блокчейни мають різні способи досягнення остаточності. У всіх різних мережах і відповідних механізмах консенсусу блокчейн має чотири основних типи остаточності. Вони класифікуються за ступенем впевненості та незворотності транзакцій та блоків після їх додавання до мережі. Різні типи блокчейн-остаточності включають:

Імовірна остаточність

Найбільш поширене в мережах доведення роботи, таких як Dogechain, ймовірна остаточність є простою остаточністю на основі ланцюга. Замість абсолютної остаточності після додавання блоку до мережі вважається ймовірно остаточним, а ймовірність та впевненість у транзакції збільшуються з новими блоками, записаними поверх початкового блоку. Ймовірна остаточність вважається досягнутою, коли транзакцію видобули, записали в публічний ланцюг, і після цього видобули наступний блок.

Абсолютна остаточність

Абсолютна остаточність є найвищим рівнем впевненості щодо постійності транзакції після підтвердження. З абсолютною остаточністю, як тільки транзакція підтверджена і записана в блокчейні, вона ніколи не може бути змінена або скасована. Абсолютна остаточність найчастіше використовується в блокчейн мережах, таких як Stellar та Ripple, які використовують федеративну згоду. Механізм федеративної згоди підтримується групою довірених перевіряючих, які забезпечують безпеку мережі, підтверджуючи окремі блоки.

Економічна остаточність

Економічна остаточність відрізняється тим, що безпека залежить від фінансового зиску або збитку. Це характеристика механізму консенсусу на основі доказів володіння, де валідатори повинні вкладати жетони, щоб брати участь у безпеці мережі. Вони також ризикують втратити вкладені жетони, якщо діють злочинно. Таким чином, підтвердження блока здійснюється за допомогою фінансових стимулів, а безпека забезпечується за допомогою фінансових стримувань. У мережах, таких як Ethereum, вартість зловживань, таких як подвійні витрати або скасування транзакцій, перевищує потенційну винагороду за підтвердження блоків, що гарантує остаточність транзакцій та безпеку мережі.

Миттєва остаточність

Це найвищий рівень і найважчий тип остаточності блоку, який слід досягти. З миттєвою остаточністю транзакція вважається підтвердженою й, відповідно, необоротною, як тільки вона записана в мережі. На практиці цей рівень остаточності потребуватиме значних модифікацій традиційного характеру блокчейну та процесу підтвердження транзакцій.

З упевненістю не можна сказати, чи досягла яка-небудь мережа миттєвої остаточності, але деякі блокчейни, які використовують механізми консенсусу з помилковою терпимістю Візантії (BFT), такі як Cosmos, вважаються досягненням майже миттєвої остаточності. Протокол Shardeum - це одна з мереж, яка намагається досягти подібних результатів, використовуючи механізм консенсусу Proof of Quorum, який гарантує спільний реєстр підтвердження транзакцій, здійснених в мережі.

Фінальність стану

Ще один тип остаточності більше стосується загальної картини, а саме самого блокчейну, а не окремих транзакцій. З остаточністю стану враховується, чи можна змінити або відмінити стан транзакції, яка є зміною стану блокчейну, наприклад, виконанням смарт-контракту, після того, як він був завершений. Остаточність стану також важлива, оскільки для децентралізованих протоколів, таких як Ethereum та Solana, важлива постійність виконаних смарт-контрактів для безпеки та ефективності децентралізованих додатків.

Чому важлива остаточність блоку?

Найбільш важливою є окремість блоку у розмовах про безпеку та надійність мережі. Однак цей основний концепт краще розуміти в контексті розумних контрактів та проблеми подвійних витрат.

Смарт-контракти є основою децентралізованих додатків, найбільш поширеними на мережах децентралізованих фінансів, таких як Солана та Ефіріум. У децентралізованій фінансовій сфері (DeFi) смарт-контракти автоматизують фінансові транзакції, такі як кредитування, позики та торгівля без посередників. Блок-фінальність є важливою для того, щоб ці процеси працювали плавно та безпечно.

Наприклад, коли користувач ініціює обмін на децентралізованій біржі (DEX), такій як Uniswap, смарт-контракт автоматично відповідає на угоду та передає токени між користувачами. Блок фінальності забезпечує, що угода є незмінною, як тільки ця транзакція підтверджена та записана в блокчейн. Без фінальності зловмисник може потенційно скасувати транзакцію або скористатися системою, підриваючи цілісність екосистеми DeFi. Без блокової фінальності результати цих контрактів були б невизначеними, відкриваючи двері для потенційних суперечок або атак, таких як подвійні витрати або скасування транзакцій.

Концепція подвійних витрат - ще один приклад, де важливість остаточності блоку проявляється. Подвійні витрати - це проблема, яка виникає, коли той самий токен витрачається більше одного разу в кількох транзакціях. Це вважається атакою, оскільки це дозволяє зловмисному акторові витрачати ті самі монети більше одного разу. Остаточність блоку запобігає подвійним витратам, забезпечуючи їх реєстрацію після виконання транзакції. Як тільки транзакція підтверджена та зареєстрована в мережі ланцюжків, реєстр блокчейну назавжди фіксує витрату токена при виконанні конкретної транзакції. Наприклад, якщо транзакція підтверджена, всі вузли мережі блокчейну мають спільний запис про те, що ці токени були витрачені в рамках мережі робочих доказів. Таким чином, зловмисний актор не може витрачати ті самі токени знову.

Фінальність блоку в різних рівнях 1

Блокова остаточність визначає постійність кожної видачі транзакції на блокчейні. Проте технологія блокчейну є дуже складною, і в процесі обробки транзакцій на блокчейні задіяно багато інших факторів.

Остаточність блоку - не єдине, що бере участь в обробці транзакцій. Інші поняття, такі як затримка мережі, час блоку та TPS (транзакція за секунду), є значно важливішими. Затримку мережі можна описати як спостережуваний час між здійсненням транзакції та її підтвердженням. Однак час блокування – це час, необхідний для майнінгу кожного блоку, перш ніж його можна буде додати до мережі. Транзакцію за секунду (TPS) часто плутають із затримкою мережі, але TPS — це загальна кількість транзакцій, якими мережа може керувати за секунду. Його можна охарактеризувати як пропускну здатність мережі.

Інші концепції, такі як висота блоку, розмір блоку та сиротні блоки, варто врахувати. Висота та розмір блоку вказують на кількість блоків, що передують поточному блоку в мережному ланцюгу, тоді як розмір вказує на загальну кількість долі, яку можна записати в ланцюгу. Наприклад, типовий розмір блоку в мережі Bitcoin становить 1 МБ, тоді як у Ethereum - 1 МБ. Сиротні блоки в ланцюгу є наслідком правила найдовшого ланцюга. Як пояснено раніше, біткоїн дотримується правила найдовшого ланцюга, приймаючи найдовший підтверджений ланцюг. У результаті цього правила ті вже видобуті блоки, які скидаються на користь довшого ланцюга, стають сиротніми блоками окремо від решти блокчейну.

Перешкоди перед фінальністю блоку

Хардфорк

Одним з основних викликів для блоку фінальності є виникнення жорстких відгалужень. Жорсткий форк відбувається, коли блокчейн розщеплюється на дві відмінні шляхи через зміну протоколу або розбіжності між учасниками. Це створює дві версії блокчейну, кожна з яких тимчасово може претендувати на легітимний ланцюжок. У контексті фінальності жорсткий форк порушує впевненість у тому, що операції є постійними і незворотніми. Якщо розгалужений ланцюжок приймається як домінуючий, транзакції, підтверджені на попередньому ланцюжку, можуть бути анульовані, що підриває довіру користувачів до фінальності мережі.

Затримка мережі та затримки у комунікації

Ще однією проблемою, яка впливає на остаточність блоку, є затримка мережі або повільний зв'язок між вузлами. У децентралізованих мережах вузли повинні часто спілкуватися, щоб узгодити стан блокчейну та підтвердити транзакції. Якщо виникають затримки в зв'язку, пов'язані з фізичною відстанню або перевантаженням мережі, це може уповільнити перевірку блоків і призвести до невизначеності щодо остаточності транзакцій. У системах Proof of Stake або Proof of Work повільне поширення блоків може створити тимчасові форки, що призведе до потенційної реорганізації блоків, що затримує завершення транзакції.

Уразливості смарт-контрактів


Уразливості смарт-контрактів також ставлять під сумнів остаточність блоку, особливо на таких платформах, як Ethereum, які підтримують децентралізовані програми. Якщо смарт-контракт містить помилку або використовується зловмисниками, транзакції, які спочатку вважалися остаточними, можливо, доведеться скасувати або оскаржити. Хоча блокчейни розроблені для запобігання фальсифікації історії транзакцій, складність смарт-контрактів створює додатковий рівень ризику. Якщо контракт буде скомпрометовано, наслідки можуть бути серйозними, оскільки навіть завершені транзакції можуть бути визнані недійсними через юридичне або громадське втручання.

Яскравим прикладом є печально відома крадіжка DAO в 2016 році, коли нападник скористався вразливістю в коді децентралізованої організації (DAO), щоб відкачати $60 мільйонів вартості Ether. Хоча блокчейн технічно досяг остаточності, підтвердивши ці транзакції, атака спричинила жорсткий відгалуження в мережі Ethereum, що призвело до створення Ethereum Classic.

Атаки 51%


Атака 51% є однією з найсерйозніших загроз для остаточного блокування. Це відбувається, коли одна організація або група контролює понад 50% обчислювальної потужності мережі або токенів стейкінгу. Маючи цю більшість, вони можуть переписати історію блокчейну, створивши альтернативні ланцюжки, подвоївши витрати або скасувавши раніше підтверджені транзакції. Це підриває основний принцип остаточності, оскільки зловмисники можуть втручатися в блоки, які колись вважалися безпечними та незворотними. Хоча такі атаки важко виконати у великих, добре налагоджених мережах, вони залишаються серйозною проблемою для менших або менш децентралізованих блокчейнів.

Висновок

Непередбачуваність блоку є основним концептом технології блокчейн, оскільки вона забезпечує, що транзакції, після підтвердження, є постійними і незворотними. Вона відповідає за захист мереж криптовалют і запобігає зловживанню, такому як подвійні витрати.

При зростанні блокових мереж нові механізми консенсусу народжуються разом з новими процесами досягнення незаперечності блокчейну. Навіть у такому випадку, виклики до незаперечності блоку продовжують існувати, що підкреслює важливість розвитку сильних мереж.