Механизм Proof of History: все особенности синхронизации на примере Solana

Алгоритм консенсуса – ключевая для блокчейна категория. Именно она описывает устройство конкретной децентрализованной сети. Один из вариантов такого устройства, механизм Proof of History (PoH), используется в блокчейне Solana.

Proof of History

Начнем с определения. В белой книге Solana сказано, что Proof of History – доказательство проверки порядка и течения времени между событиями. Строго говоря, PoH – это не алгоритм консенсуса, а механизм, позволяющий за счет нового способа фиксации периодичности событий решить проблемы, свойственные привычным алгоритмам.

Поэтому в принципе PoH может быть использован вместе с самыми привычными PoW и PoS, так как является скорее, по удачному выражению, алгоритмом «предварительного консенсуса» для синхронизации блокчейна и более эффективной обработки транзакций.

Механизм работы PoH

Proof of History опирается на функцию проверяемой задержки (Verifiable Delay Function – VDF) на базе SHA-256 с последовательным хешированием. Функция позволяет криптографически подтверждать хронологию событий в блокчейне. Каждый блок содержит сгенерированную VDF метку, на основании которой происходит синхронизация участников сети. Поэтому каждый участник может с надежностью полагаться на течение событий в зафиксированной при помощи VDF последовательности.

Функция VDF запускается на одном ядре со значением предыдущего выхода в качестве текущего входа. VDF устроен таким образом, что выход невозможно предсказать по входу. Поэтому, чтобы создать или проверить выход, необходимо полностью выполнить функцию VDF. Поэтому невозможно будет узнать значение хеша после, к примеру, 300 операции, не вызвав функцию 300 раз.

В динамике на примере Solana работа PoH выглядит таким образом:

существует расписание (Leader Schedule), в котором выбранный на основании голосования PoS лидер сети (позиция сменяемая, ротация происходит каждые 1000 хешей) считает хеш и проверяет транзакцию, чтобы затем отправить ее двум валидаторам; те, после проверки, предают дальше другим валидаторам. 

По сути, все участники сети выполняют одну и ту же функцию (VDF) и сравнивают получившееся значение.

Чем PoH отличается от классических PoW и PoS

Да, сам по себе PoH не является алгоритмом консенсуса, однако если сравним решения на PoH с классическими (то есть без каких-либо модификаций, существенно меняющих архитектуру блокчейна) версиями PoW и PoS, то обнаружим ряд отличий.

Синхронизация во времени. Без использования VDF или других специальных функций узлы блокчейна могут полагаться на приблизительные и усредненные временные метки, оттого испытывая некоторые проблемы с синхронизацией. Например, новый блок может возникнуть раньше предыдущего. PoH же в свою основу ставит жесткую последовательность событий, для него порядок является жизненно важным, поэтому подобных проблем возникнуть не может.

Вычислительные мощности и стейкинг. В алгоритмах консенсуса PoW или PoS участники должны иметь значительную вычислительную мощность или заметную долю в сети. PoH, который использует VDF для создания меток времени, значительным образом смягчает требования. Но, конечно, только смягчает, а не исключает полностью. В сети в среде энтузиастов уже можно встретить беспокойство (хотя и весьма спорное) по поводу энергопотребления и экологичности блокчейнов, использующих PoH.

Окончательность. PoH обеспечивает немедленную финализацию. Как только блок добавляется в блокчейн, он немедленно становится финальным и транзакции в нем уже нельзя отменить. PoW и PoS полагаются на вероятностную финальность. То есть всегда существует некоторая вероятность того, что блок может быть отменен или признан недействительным.

Требования к хранению данных и пропускной способности. PoH радикально снижает требования к хранилищу и пропускной способности для обслуживания сети. Это связано с тем, что каждому блоку необходимо хранить лишь небольшое количество данных, таких как хеш предыдущего блока и временную метку, сгенерированную VDF.

Недостатки PoH

Безопасность. Solana уже не раз становилась жертвой атак и взломов. Высокая пропускная способность блокчейна пока, увы сопряжена, с рисками. 

Риски централизации сети. Для PoH это может быть особенно актуально. В конце белой книги Solana перечислено немало угроз децентрализации, впрочем, как и способов борьбы с ними. Вопрос в том: насколько эти способы окажутся эффективными в ситуации централизации.

Постквантовая безопасность. Исследователи отмечают, что VDF могут быть небезопасными при наличии агента, имеющего доступ к квантовому компьютеру. Такой компьютер способен вычислить порядок на основе VDF. Да, уже существуют решения, обеспечивающие постквантово-устойчивый VDF, однако, как отмечают сами исследователи, решения являются громоздкими и проблемными в реализации. Пока же это остается интересной теоретической задачей: найти простой и изящный VDF, который был бы постквантово-безопасным.

Вывод

Решение Proof of History фактически представляет собой алгоритм «предварительного консенсуса» для синхронизации работы блокчейна. В основе используется функция VDF. К недостаткам решения можно отнести сетевую безопасность (в том числе и гипотетическую постквантовую) и относительные риски централизации.

Источник