С другой стороны, защита от двойных трат осуществляется исключительно и только на основе консенсуса.
Криптографии нечего сказать об этом, и две транзакции, которые представляют собой попытку двойной траты, действительны с криптографической точки зрения.
Но именно консенсус определяет, какая из них окажется в долгосрочной консенсусной цепочке.
И, наконец, вы никогда на 100 процентов не можете быть уверены, что транзакция, в которой вы заинтересованы, находится в консенсусной ветке.
Но экспоненциальная вероятностная гарантия этого довольно хорошая.
После шести транзакций практически нет шансов, что вы ошибетесь.
Стимулы и доказательства работы
Теперь у нас есть базовое представление консенсусного алгоритма Биткойна и представление, почему мы считаем, что это безопасно.
Но вспомним, что децентрализация Боткойна это с одной стороны технический механизм, а с другой стороны умная стимуляция.
До сих пор мы в основном рассматривали технический механизм.
Теперь давайте поговорим о стимулах, которые применяются в Биткойне.
Также вспомним, что мы сделали предположение, что мы можем выбрать случайный узел и, возможно, более проблематично, что, по крайней мере, в 50 процентов случаев, при этом мы выберем честный узел.
Это предположение о честности особенно проблематично, если есть финансовые стимулы того, чтобы участники хотели подорвать процесс, и в этом случае мы не можем с точностью предположить, что узел будет честным.
Тогда возникает вопрос: можем ли мы дать узлам стимул вести себя честно?
Рассмотрим снова попытку двойной траты после одного подтверждения.
Можем ли мы каким-то образом наказывать узел, который создал блок с транзакцией с двумя тратами?
Ответ не совсем.
Как я говорил ранее, трудно понять, что является морально легитимной сделкой.
Но даже если бы мы это сделали, все равно трудно наказывать узлы, так как у них нет идентификаторов.
Поэтому вместо этого давайте подойдем с другой стороны и спросим, можем ли мы вознаградить каждый из узлов, которые создали блоки, которые в конечном итоге оказались в долгосрочной консенсусной цепочке?
И, опять же, поскольку эти узлы не раскрывают свою реальную идентичность, мы не можем отправить им наличные на их домашние адреса.
Только если бы существовала какая-то цифровая валюта, которую мы могли бы использовать для их стимулирования, возможно, децентрализованная.
Вероятно, вы уже видите, к чему я иду.
Другими словами, мы собираемся использовать биткойны, чтобы стимулировать узлы, которые создали эти блоки.
Давайте на мгновение остановимся.
Все, что мы описали до сих пор, является абстрактным алгоритмом для достижения распределенного консенсуса и не является специфичным для приложения.
Теперь мы уйдем из этой модели, и мы будем использовать тот факт, что приложение, которое мы строим с помощью этого распределенного процесса консенсуса, фактически является валютой.
В частности, мы собираемся стимулировать узлы вести себя честно, платя им в единицах этой валюты.
Как это делается?
В Биткойне есть два отдельных механизма стимулирования.
Первое стимулирование это награда за блок.
Согласно правилам биткойна, узел, который создает блок, включает специальную транзакцию в этот блок.
Эта транзакция представляет собой транзакцию создания монет, аналогичную CreateCoins в Scroogecoin, и узел также может выбрать адрес получателя этой транзакции.
Конечно, этот узел, как правило, выбирает адрес, принадлежащий самому себе.
Вы можете думать об этом как о плате узлу в обмен на услугу создания блока в консенсусной цепочке.
На сегодняшний момент значение вознаграждения блока фиксировано на уровне 12.5 биткойнов.
Но на самом деле это вознаграждение делится пополам при добавлении каждых 210 000 блоков.
Основываясь на скорости создания блока, которую мы вскоре увидим, это означает, что вознаграждение уполовинивается примерно каждые четыре года.
Сейчас мы находимся в третьем периоде.
В течение первых четырех лет существования Биткойна награда за блок составляла 50 биткойнов.
Теперь она равна 12.5 биткойнов.
Это имеет некоторые интересные последствия, которые мы увидим.
Возможно, будет интересно понять, почему вознаграждение в блоке стимулирует честное поведение.
Возможно, узел будет получать вознаграждение за блок, независимо от того, предлагает ли он действительный блок или злонамеренно пытается подменить блок.
Это не так!
Потому что узел получит свою награду только в том случае, если этот блок попадет в долгосрочную консенсусную ветвь, потому что, как и любая другая транзакция, транзакция создания монеты будет приниматься другими узлами, только если она окажется в консенсусной цепочке.
Это ключевая идея этого механизма стимулирования.
Так как большая часть сети следит за самой длинной действующей ветвью, этот стимул побуждает узлы быть честными.
Это первый механизм стимулирования Биткойна.
Я уже сказал, что каждые 210 000 блоков (или примерно четыре года) вознаграждение за блок сокращается вдвое.
На слайде наклон этой кривой постоянно уменьшается вдвое, пока не уменьшится до нуля в 2140 году.
Bitcoin построен таким образом, чтобы увеличивать количество средств в логарифмической прогрессии пока не будет достигнута цифра в 21 млн. биткойнов.
Важно отметить, что майнинг, это единственный способ создания новых биткойнов.
Не существует другого механизма генерации монет, и именно поэтому 21 млн это окончательное и общее число (такие сейчас правила), сколько биткойнов может когда-либо быть.
Поэтому вознаграждение за создание нового блока закончится в 2140 году.
Означает ли это, что система остановит свою работу в 2140 году и станет небезопасной, потому что у узлов больше не будет стимула вести себя честно?
Не совсем.
Награда за блок является лишь первым из двух механизмов стимулирования в Биткойне.
Второй механизм стимулирования называется комиссией за транзакцию.
Создатель любой транзакция может выбрать комиссию или разницу между общим значением транзакционных выходов и общим значением транзакционных входов.
Тот, кто создает блок и который первым помещает эту транзакцию в цепочку блоков, получает эту разницу, которая действует как транзакционная плата.
Поэтому, если вы являетесь узлом, который создает блок, содержащий, скажем, 200 транзакций, тогда сумма всех этих 200 комиссионных сборов выплачивается по адресу, который вы помещаете в этот блок.
Плата за транзакцию является чисто добровольной, но ожидается, что по мере того, как вознаграждение для блока начнет заканчиваться, становится все более и более важным, почти обязательным, чтобы пользователи включали транзакционные сборы, чтобы получить разумное качество обслуживания.
В определенной степени это уже сейчас происходит.
Но пока неясно, как будет развиваться система.
Это интересная область открытых исследований в Биткойне.
И по-прежнему остается несколько проблем с консенсусным механизмом, который мы описали.
Первой проблемой является предположение, что мы можем выбрать случайный узел.
Во-вторых, мы создали новую проблему, предоставив узлам стимулы для участия.
Система может стать нестабильной, так как стимулы создают среду, где каждый хочет запустить биткойн узел в надежде получить вознаграждение.
И третья более сложная версия этой проблемы, которая заключается в том, что злоумышленник может создать большое количество узлов Сибиллы, чтобы попытаться подорвать консенсусный процесс.
Оказывается, все эти проблемы связаны, и все они имеют решение, которое называется доказательством работы.
Ключевая идея доказательства работы заключается в том, что вместо просто выбора случайного узла, мы увеличиваем вероятность выбора узла или приближаем выбор случайного узла, пропорционально ресурсу, который как мы надеемся, никто не сможет монополизировать.
Если, например, этот ресурс является вычислительной мощностью, то тогда это будет системой доказательства работы.
В качестве альтернативы это может быть пропорционально владению валютой, и это называется системой доказательства ставки.
Хотя эта система не используется в биткойне, доказательства ставки является альтернативной моделью, и такая система используется в других криптовалютах.
Мы рассмотрим доказательства ставки и другие варианты доказательства работы позже.
Вернемся к доказательству работы.
Давайте попробуем лучше понять, что значит выбирать узлы пропорционально их вычислительной мощности.
Другим способом понять это является то, что мы позволяем узлам конкурировать друг с другом, используя их вычислительную мощность, и это приводит к тому, что узлы автоматически выбираются в этой пропорции.
Еще один взгляд на доказательство работы заключается в том, что создание нового идентификатора узла будет умеренно тяжелым.
Это своего рода налог на создание идентичности и, следовательно, на атаку Сибиллы.
Это может показаться немного расплывчатым, поэтому давайте посмотрим на детали системы доказательства работы, которые используются в биткойне, чтобы прояснить эту систему.
Биткойн получает доказательства работы с использованием головоломок.
Чтобы создать новый блок, узел, который предлагает этот блок, должен найти номер или nonce.
Когда вы объединяете nonce, хеш предыдущего блока и список транзакций, которые составляют новый блок, и получаете хэш всей этой строки, то этот полученный хэш должен быть числом, которое попадает в диапазон, которое довольно мал по отношению к значительно большему выходному пространству этой хэш-функции.
Мы можем определить такое целевое пространство или диапазон, как любое значение, которое попадает ниже определенного целевого значения. В этом случае nonce должен будет удовлетворять неравенству.
Как мы видели ранее, обычно блок содержит ряд транзакций, которые предлагает узел.
Кроме того, блок также содержит указатель хеша на предыдущий блок.
И кроме того, теперь мы требуем, чтобы блок также содержал nonce.
Идея состоит в том, что мы хотим сделать сложной задачу нахождения nonce, которое удовлетворяет определенному свойству, состоящему в том, что хеширование всего блока вместе, в том числе и nonce, приведет к определенному типу результата.
Если хеш-функция удовлетворяет свойству головоломки, то единственный способ добиться успеха в решении этой задачи с хэшем состоит в том, чтобы просто перебирать nonce один за другим, пока вам не повезет.
Так что конкретно, если целевое пространство для результата составляет всего один процент от общего объема выходных данных, вам нужно попробовать около 100 nonce, прежде чем вы попадете в диапазон.