Окончательность (завершенность, финализация) в блокчейне обеспечивает необходимую гарантию достоверности и неизменности транзакций, что делает ее основополагающей концепцией надежности и функциональности технологии.
В традиционных финансовых системах после подтверждения транзакции ее невозможно отменить. Аналогичным образом, достижение окончательности в блокчейн-сети гарантирует, что транзакция является постоянной и не может быть изменена после ее добавления в блокчейн. Эта концепция имеет решающее значение для того, чтобы блокчейн был безопасным и достоверным.
Завершенность достигается за счет использования консенсуса в блокчейне. Различные блокчейн-сети используют различные алгоритмы консенсуса, каждый из которых имеет уникальный метод проверки транзакций и обеспечения окончательности, такой как доказательство работы (PoW), доказательство доли (PoS) или практическая византийская отказоустойчивость.
Виды завершенности
Окончательность в блокчейне может быть вероятностной, экономической, мгновенной, безусловной или относящейся ко всему состоянию блокчейна.
В блокчейне существуют различные типы финализации, каждый из которых характеризует отдельную степень определенности и необратимости в отношении транзакций и блоков. Основные типы окончательности в блокчейне следующие:
- Вероятностная окончательность
В большинстве блокчейн-систем, особенно в тех, где используется PoW-консенсус, как в Биткоине, окончательность транзакции носит вероятностный характер. Вероятность отмены транзакции экспоненциально уменьшается по мере генерации новых блоков, когда последующие блоки ставятся поверх блока с подтвержденной транзакцией.
- Экономическая окончательность
Концепция экономической окончательности часто ассоциируется с системами PoS. Транзакция считается окончательной с точки зрения экономической завершенности, если возврат к ней будет финансово невыгодным. В системе PoS валидаторы или узлы должны предоставить в качестве залога стейк — определенное количество криптовалюты. Если они одобряют фальшивые транзакции, то рискуют потерять свой стейк, что делает их действия нерациональными с экономической точки зрения.
- Мгновенная окончательность
Сеть Ripple обеспечивает практически мгновенную финализацию, гарантируя, что как только транзакция записывается в леджер (реестр транзакций), она немедленно подтверждается и становится необратимой. Подтверждение транзакций осуществляется 150 валидаторами, которые потенциально могут получить место в списке уникальных узлов Ripple, состоящем из 35 валидаторов.
- Безусловная окончательность
Когда транзакция подтверждена, она считается полностью и безоговорочно завершенной. Ни при каких обстоятельствах транзакция не может быть отменена. Достижение безусловной окончательности может быть затруднено и часто требует сильной централизации или уникального метода консенсуса.
- Окончательность состояния
В некоторых блокчейн-системах окончательность относится к полному состоянию блокчейна, а не только к транзакциям. Переход состояния (изменение состояния блокчейна, например, транзакция или выполнение смарт-контракта) не может быть изменен или отменен после его завершения. Для таких приложений, как смарт-контракты, где важна точность всего состояния приложения, достижение окончательности состояния является крайне важным.
Чем важна окончательность
Окончательность в блокчейне означает неизменяемое подтверждение транзакции или блока транзакций. Она обеспечивает высокий уровень безопасности и доверия к системе, гарантируя, что после подтверждения транзакции она не может быть изменена или отменена.
Подтверждая легитимность транзакции и регистрируя ее в блокчейне, финальность предотвращает проблему двойных трат, когда один и тот же цифровой актив может быть использован более одного раза. Двойная трата может произойти, например, если у кого-то есть 1 BTC, но он пытается передать его в двух разных транзакциях двум разным получателям.
Технология блокчейн, гарантируя окончательность транзакции, не позволяет этого сделать. Как только транзакция подтверждена и записана в блокчейн, цифровой актив считается потраченным и не может быть использован в дальнейших транзакциях.
Окончательность имеет решающее значение в контексте смарт-контрактов. Детали соглашения между покупателем и продавцом непосредственно заложены в смарт-контрактах, которые представляют собой самоисполняющийся код. Окончательность гарантирует, что результаты выполнения этих контрактов детерминированы и неизменны.
Кроме того, окончательность — это способ, с помощью которого децентрализованные приложения (dApps) обеспечивают безопасность и надежность своей функциональности. Завершенность обеспечивает неизменность и необратимость решений и транзакций, принимаемых в этих приложениях. Блокчейн развивает доверие между пользователями и участниками сети, делая транзакции завершенными. Доверие пользователей к системе повышается, если они знают, что транзакции необратимы.
Проблемы, связанные с достижением окончательности в блокчейне
Такие проблемы, как форк, сетевая латентность, уязвимости смарт-контрактов и атаки 51%, не позволяют транзакциям в блокчейне достичь окончательного завершения.
Когда блокчейн разделяется на несколько цепочек, случается форк, в результате которого появляются разные версии истории транзакций. Такое расхождение подвергает испытанию метод консенсуса, что затрудняет определение легитимной версии и откладывает завершение транзакции. Хардфорки могут возникать в результате разногласий между сообществом или разработчиками по поводу обновления протокола. Пока этот вопрос не будет решен, различные группы майнеров или валидаторов могут продолжать поддерживать разные версии блокчейнов, что приведет к отсутствию окончательного решения.
Сетевая латентность, или задержка передачи данных между узлами, еще более усложняет ситуацию. Медленное сетевое соединение может привести к ошибкам в порядке проведения и проверки транзакций, поскольку информация о транзакциях распространяется по сети с задержкой.
Уязвимость смарт-контракта может привести к неожиданному поведению, что позволит злоумышленникам воспользоваться этим и отменить транзакции. Аналогичным образом, майнер, обладающий более чем 50% майнинговых мощностей сети в PoW-блокчейне, может реорганизовать блокчейн и отменить транзакции. Это подрывает окончательность и безопасность.
В связи с этими проблемами целостность блокчейна оказывается под угрозой, что требует от разработчиков внедрения сильных алгоритмов консенсуса и эффективных сетевых протоколов для снижения проблем с форками и задержками, а также обеспечения своевременного и безопасного завершения транзакций.
Методы и алгоритмы консенсуса для повышения завершенности
Увеличение времени подтверждения, многократные проверки и современные алгоритмы безопасности, такие как Pure PoS, Delegated PoS (DPoS) и HoneyBadger BFT блокчейна Algorand, могут помочь повысить окончательность транзакций в блокчейне.
Один из подходов предполагает увеличение времени подтверждения, что позволяет провести большее количество проверок, прежде чем транзакция будет признана окончательно завершенной. Вероятность того, что транзакция будет подтверждена и станет необратимой, значительно повышается за счет увеличения времени достижения консенсуса.
Использование метода множественных подтверждений, когда транзакции проверяются многими узлами или валидаторами, обеспечивает дополнительный уровень безопасности, гарантируя более широкий консенсус и снижая вероятность ошибок или злонамеренных атак.
Инновационные алгоритмы консенсуса, такие как Pure PoS, DPoS и HoneyBadger BFT от Algorand, изменили индустрию. Algorand использует метод PoS в сочетании с византийским протоколом согласия для обеспечения быстрого и необратимого завершения транзакций.
Реализуя систему, основанную на репутации, в которой небольшая группа доверенных делегатов подтверждает транзакции, DPoS повышает эффективность и окончательность сети. Аналогичным образом алгоритм HoneyBadger BFT повышает эффективность и безопасность даже при наличии «злокачественных узлов» или сетевых задержек за счет достижения асинхронного византийского консенсуса.
Тенденции и разработки в области достижения более быстрой и надежной финализации
По сути, для достижения более быстрой и надежной окончательности необходима многопрофильная стратегия, включающая в себя различные методы консенсуса, новейшие средства шифрования и улучшенное взаимодействие.
Одной из таких тенденций является применение гибридных моделей консенсуса. Эти гибриды стремятся повысить масштабируемость и производительность при сохранении высокой безопасности за счет сочетания преимуществ различных алгоритмов консенсуса. Проводятся эксперименты с внедрением различных методов PoS, поскольку они потребляют значительно меньше энергии, чем PoW, и ускоряют время подтверждения.
Растет интерес к современным криптографическим методам, таким как доказательства с нулевым разглашением (ZK-proofs), и инновационным технологиям, таким как шардинг. ZK повышают эффективность и конфиденциальность, позволяя сторонам подтверждать транзакции без раскрытия приватной информации. Шардинг — метод разделения блокчейна на более мелкие и управляемые части, который снижает вычислительную нагрузку на узлы и ускоряет обработку транзакций.
Развитие квантовых вычислений может привести к устареванию существующих методов шифрования, что потребует создания квантоустойчивых алгоритмов. Чтобы сохранить безопасность и завершенность транзакций в условиях квантовых угроз, блокчейн-сети активно исследуют квантовоустойчивые криптографические решения.
Еще одним направлением является взаимодействие различных блокчейнов друг с другом. Благодаря использованию таких протоколов, как Polkadot и Cosmos, транзакции между сетями могут совершаться быстро и беспрепятственно. Такая совместимость повышает общую эффективность блокчейн-систем, обеспечивая более быстрое и надежное завершение транзакций.
