Нові блокчейны народжуються постійно. Биткоин був єдиним блокчейном протягом багатьох років, але тепер їх сотні. Проблема в тому, що, якщо ви хочете використовувати функції, пропоновані іншим блокчейном, ви повинні придбати її токени. Але невдовзі це може змінитися. Одна з розроблюваних технологій, звана сайдчейны (з англ. sidechains – бічні ланцюги), обіцяє полегшити переміщення токенів між різними ланцюжками і, як наслідок, відкрити двері в світ можливостей, включаючи створення мостів для інтеграції класичних фінансових і банківських систем.
У жовтні 2017 року Агелос Киаяс (Aggelos Kiayias), професор Единбурзького університету та головний науковий співробітник дослідницької компанії IOGK; Ендрю Міллер (Andrew Miller), професор Іллінойського університету в Урбана-Шампейн; і Діоніс Зиндрос (Dionysis Zindros), дослідник з Афінського університету, випустили статтю «Non-Interactive Proofs of Proof-of-Work» – NiPoPoW («Не інтерактивні підтвердження доказу виконаної роботи»), де була представлена отсутствовавшая протягом трьох років частина головоломки сайдчейнов.
Одна монета – різні ланцюги
Сайдчейны – це технологія, яка дозволяє вам без участі третьої сторони переміщати токени з одного блокчейна в інший, використовувати їх там, а потім повертати назад.
Спочатку, «прабатьком» був Биткоин, але це могла б бути і будь-яка інша ланцюг. Крім того, коли маркер переміщується в інший блокчейн, він повинен зберігати своє значення. Іншими словами, биткоин і в сайдчейне Эфириума залишається биткоином.
Головна перевага сайдчейнов полягає в тому, що технологія дозволяє користувачам отримувати доступ до безлічі нових послуг. Наприклад, ви можете перемістити биткоины в сторонню ланцюг, щоб використовувати її особливі функції конфіденційності, більш швидкі транзакції або можливості смарт-контрактів.
У сайдчейнов є й інші види використання. Ця технологія може запропонувати більш безпечний спосіб оновлення протоколу або виступити свого роду фаерволлом, так що в разі катастрофи в сайдчейне основна ланцюжок залишиться незачепленою.
«Це свого роду обмеження відповідальності», – сказав Зиндрос у відео, объясняющем суть технології.
Нарешті, якщо банки будуть створювати власні блокчейны, технологія сайдчейнов дозволить користувачам криптовалют підтримувати з ними зв’язок, здійснюючи і відстежуючи вклади, боргові зобов’язання та інші активи.
З чого все почалося
Вперше криптовалютное співтовариство заговорило про сайдчейнах в 2012 році, коли розробники Bitcoin Core шукали способи безпечного оновлення протоколу Биткоина.
Одна з ідей полягала в «однобічного зв’язку», в умовах якої користувачі могли переміщати биткоины в окремий блокчейн для тестування. Однак, після переміщення їх неможливо було повернути назад.
«Я думав про це як про програмний інструмент, який можна було б використовувати для внесення широкомасштабних змін», – сказав тоді в інтерв’ю з Bitcoin Magazine Адам Бек (Adam Back), генеральний директор компанії Blockstream. «Можна сказати, що ми збираємося зробити нову версію Биткоина, і думаємо, що вона буде готова через рік, але протестувати її ви зможете раніше».
За словами Бека на наступний рік на каналі IRC Bitcoin розробник Bitcoin Core Грегорі Максвелл запропонував ідею «двостороннього зв’язку», з якої з’являлася можливість передати токен з альтернативної ланцюжку, а потім повернутися до Биткоину на більш пізньому блоці.
Розробка двостороннього зв’язку також відповідала інтересам команди Bitcoin Core. Альтернативні монети, такі як Litecoin і Namecoin, ставали все більш популярними. Небезпека полягала в тому, що ці альткоины «розбавляли» цінність биткоина. Розробники Bitcoin Core вирішили, що було б розумно зберегти биткоин в якості резервної валюти і нівелювати переваги сайдчейнов на альткоинах.
Щоб втілити концепцію сайдчейнов в реальність, у 2014 році Бек разом з Максвеллом і декількома іншими розробниками Bitcoin Core сформували компанію Blockstream. У жовтні того ж року група випустила «Enabling Blockchain Innovations with Pegged Sidechains» – документ, що описує нові можливості, які дасть впровадження сайдчейнов, і розкриває суть технології в широкому сенсі. Співавтором документа виступив Міллер.
Як працює технологія сайдчейнов
Одним з важливих компонентів технології сайдчейнов є спрощена верифікація платежів (SPV), яка показує, що токени заблоковані в одному ланцюжку, тому валідатори можуть благополучно розблокувати еквівалентне значення в альтернативній ланцюга. Але для роботи з сайдчейнами доказ SPV має бути досить коротким, щоб вписатися в одну транзакцію з монетами – транзакцію, яка винагороджує майнера за нові монети.
У той час, коли дослідники Blockstream випускали документ, вони розуміли, що для роботи сайдчейнов їм потрібно стислий доказ SPV, але вони ще не розробили необхідну криптографію. Тому вони позначили лише загальні ідеї.
У документі, представленому Blockstream, описуються два типи двосторонніх зв’язків: двостороння симетрична, де обидві ланцюга незалежні від власного майнінгу; і асиметрична, двостороння, де майнеры сайдчейнов є повними валидаторами вихідної ланцюжка.
При симетричному двостороннього зв’язку користувач надсилає свої биткоины на спеціальний адресу. При цьому кошти в основному блокчейне Биткоина блокуються. Вони залишаються заблокованими на період конкурсу, що триває приблизно одну годину (близько шести блоків), для підтвердження проходження транзакції. Потім створюється доказ SPV для відправки в сайдчейн.
У цей момент в сайдчейне з’являється відповідна транзакція з доказом SPV, підтверджує, що гроші були заблоковані в блокчейне Биткоина. Після цього аналогічне значення монет розблокується в сайдчейне.
Монети використовуються, переходять з рук у руки і повертаються назад в основну ланцюг. Потім процес повторюється – монети блокуються в сайдчейне, проходить період очікування, створюється доказ SPV і відправляється назад, щоб розблокувати монети в основний ланцюжку.
Процес асиметричної двостороннього зв’язку трохи відрізняється. Перехід від основної ланцюжка до бічної не потребує доведення SPV, тому що валідатори в сайдчейне обізнані про стан основного ланцюга. Однак, коли монети повертаються в початкову ланцюжок, доказ SPV все ж необхідно.
У пошуках компактного докази
В бічний ланцюга компактне доказ SPV повинно містити стислу версію всіх заголовків блоків того ланцюжка, в якій заблоковані кошти – від генезис-блоку і до конкурсного періоду, а також дані транзакції і деякі інші дані. Таким чином, доказ SPV можна також розглядати як «підтвердження PoW» для кожного конкретного виведення коштів.
Натхненням для стисненого докази SPV послужив метод, відомий як «skip list» («пропускної лист»), розроблений 25 років тому. Весь фокус застосування цього методу до компактному доказу SPV полягав у тому, щоб знайти спосіб пропустити запис заголовків блоків, зберігаючи при цьому високий рівень безпеки, без можливості підробки докази іншою стороною.
Працюючи над проблемою, Blockstream представив Міллеру, який вже кілька років обдумував компактні SPV, ранній проект документа, що описує технологію сайдчейнов.
В серпні 2012 року, на форумі BitcoinTalk, в повідомленні під назвою «High Value-Hash Highway» («Швидкісний шлях високо значущої хеша»), Міллер описав ідею «merkle skip list» («пропускної лист Тьмяніла»), яку могла б використовувати легка версія клієнта Биткоина для швидкого визначення найдовшою ланцюжка. У цій статті Міллер охарактеризував значення структури даних як «абсолютно приголомшливе».
Ознайомившись з проектом, представленим компанією Blockstream, Міллер виявив уразливість в компактному доказі SPV, описаному в документі. Обговорення продовжилися, але так і не допомогли знайти спосіб вирішення проблеми без шкоди ефективності», як сказав Міллер.
Нетривіальними вкладами Міллера в статтю Blockstream стали кілька абзаців у Додатку Б, в яких описуються проблеми створення компактного докази SPV.
«Повинна бути можливість значно стиснути список заголовків, зберігаючи при цьому той же обсяг роботи, але оптимізація цих компромісів і формування гарантій безпеки виходять за межі цієї статті і теми поточної роботи».
Ця робота затягнулася на три роки.
Зробити не інтерактивним
Тим часом ріс інтерес до сайдчейнам з боку дослідників з IOHK, в чиїх планах було створення Cardano – нового «proof-of-stake» (PoS) блокчейна, на створення якого IOHK уклав контракт.
Cardano повинен був складатися з двох рівнів: операційний рівень для зберігання грошових надходжень, запущений у вересні 2017 року; і рівень смарт-контрактів. Ці рівні були б двома блокчейнами, підтримуваними сайдчейнами. Таким чином, розрахунки могли залишатися простими і одночасно захищеними від будь-яких атак, які можуть виникнути на рівні смарт-контрактів. Але якщо IOHK хотіла домогтися реалізації роботи Cardano у відповідності з задумом, їй необхідно було вирішити бічні ланцюги.
У лютому 2016 року Киаяс, в той час – професор Афінського університету, і двоє його учнів – Ніколаос Лампроу (Nikolaos Lamprou) і Айкатерини-Панагиота Стоука (Aikaterini-Panagiota Stouka) – випустили «Proofs of Proofs of Work with Sublinear Complexity» – PoPoW («Підтвердження доказів роботи з сублинейной складністю»).
Ця стаття стала першим офіційним заявою про створення компактного докази SPV. Однак доказ, описана в документі, було інтерактивним, в той час як для роботи з сайдчейнами потрібно не інтерактивне.
В інтерактивному доказі перевіряючий і перевіряється вступають в переговори, тобто може бути більше одного кола обміну повідомленнями. Не інтерактивне доказ, навпаки, являє собою просту коротку рядок тексту, яка буде акуратно вписуватися в одну транзакцію блокчейна.
Доповідь PoPoW був представлений на семінарі Bitcoin’16, поєднаному з конференцією «Фінансова криптографія та безпека даних» Міжнародної асоціації фінансової криптографії (IFCA). Міллер, який був на конференції, підійшов до Киаясу і поділився ідеєю зробити протокол не інтерактивним.
«Це було чудове спостереження», – сказав Киаяс, «але захист доказів абсолютно не очевидна і зажадає значних зусиль».
Зиндрос, який тільки що почав роботу над своєю кандидатською дисертацією під керівництвом Киаяса, також був присутній на конференції, і йому потрібна була тема для дисертації. Киаяс вирішив, що це як раз те що треба, так що «вони втрьох піднатиснули і адаптували протокол PoPoW і доказ безпеки до не інтерактивним налаштувань», як сказав Киаяс.
У жовтні 2016 року Киаяс офіційно приєднався до IOHK. Через рік, разом з Міллером і Зиндросом, він випустив NiPoPoW, додавши стислий доказ SPV. Це сталося через п’ять років після перших обговорень сайдчейнов на форумах розробників Биткоина.
«Я не знаю, працювала технологія, якби докази були інтерактивними, але не з інтерактивними вона дійсно працює гладко», – сказав Зиндрос.
Попереду ще багато роботи
Навіть з NiPoPoW сайдчейны все ще не до кінця конкретизовані. Залишається низка відкритих питань. Наприклад:
-
Наскільки стислими можуть бути докази?
-
Після того, як транзакція була заблокована в одному ланцюжку, скільки часу має пройти, перш ніж її можна буде відправити на іншу?
-
Чи можна перенести токен безпосередньо з одного бічний ланцюга на іншу?
«Багатьом теоріям ще належить дати чіткі визначення», – сказав генеральний директор IOHK Чарльз Хоскинсон (Charles Hoskinson).
Крім того, хоча NiPoPoW і призначений для доказу виконаної роботи в блокчейнах, деякі вважають, що, якщо блокчейн займе своє місце в світі в більш широких масштабах, то майбутнє залишиться за такими протоколами, як Ouroboros, Algorand або Snow White, які обіцяють бути більш енергоефективними, ніж Биткоин.
Зокрема, якщо Cardano, що базується на Ouroboros, запрацює у відповідності з планом, дослідникам IOHK буде необхідно вивчити NiPoPoS.
Хоскинсон впевнений у власних силах. «Ми можемо це зробити», – сказав він. «Ми безумовно можемо використовувати NiPoPoS. Питання тільки в тому, скільки кілобайт мегабайт або це займе? Чи ми зможемо довести його до 100 КБ? Це дійсно питання».
Thanks!
Our editors are notified.