Mechanismus konsenzu leased proof-of-stake a protokol Waves-NG
Autor: Guy Brandon, uživatel sítě Waves.
Síť Waves používá kombinaci mechanismu konsenzu leased proof-of-stake (LPoS) a protokolu Waves-NG, která umožňuje vysoký stupeň škálovatelnosti a propustnosti transakcí.
Úvod
Síť Waves byla spuštěna v roce 2016 po primárním úpisu ICO, které jí vyneslo 30 000 BTC – v té době asi 16 milionů dolarů. Tento projekt vyvíjí komplexní blockchainový ekosystém pro podnikové procesy s rozsáhlou sadou nástrojů pokrývající různé potřeby – včetně snadného vytváření vlastních kryptoměnových tokenů, přímočarých chytrých kontraktů, peer-to-peer obchodování na integrované decentralizované burze (DEX) a bezpečného a pohodlného způsobu používání dApps a webových služeb prostřednictvím rozšíření prohlížeče Waves Keeper.
Škálovatelnost
Projekt Waves si od počátku uvědomoval, že k masovému přijetí blockchainu bude zapotřebí škálovatelnost, a proto se prioritně zaměřil na vývoj technologie, která by omezení stávajících blockchainů řešila. Například Bitcoin je velmi bezpečný, ale relativně pomalý a zvládne jen asi 7 transakcí za sekundu (TPS). Bitcoin jako takový není dostatečně efektivní na to, aby se mohl používat jako běžná měna po celém světě. Aby mohl Bitcoin tímto způsobem fungovat, vyžaduje řešení druhé vrstvy, jako je Lightning Network. Projekt Waves zvolil jiný přístup a hned na začátku se místo řešení druhé vrstvy zaměřil na vysokou onchainovou škálovatelnost.
Pronájem zůstatku
Původní mechanismus konsenzu sítě Waves byla jednoduchá implementace proof-of-stake. Všech 100 milionů coinů WAVES bylo po ICO distribuováno a jejich nabídka je pevná: nedochází k inflaci, jako je tomu u coinů těžených metodou PoW. Validátoři bloků na síti Waves (v ekosystému Waves se jim obvykle říká jednoduše „těžaři“) se proto dělí o transakční poplatky z bloků, které zpracovávají, ale žádné odměny za bloky nedostávají.
Systém leased proof-of-stake (LPoS) byl spuštěn v květnu 2017 a uživatelům odlehčeného klienta Waves (těm, kteří neprovozují plnohodnotný uzel) umožnil pronajmout WAVES těžařským uzlům. Pronajaté WAVES jsou uzamčeny na uživatelském účtu a není možné je převádět ani s nimi obchodovat. Coiny ale zůstávají plně pod kontrolou držitelů a pronájem je možné kdykoli zrušit. Vzhledem k technickým nákladům souvisejícím s provozem těžařského uzlu a nutnosti být nepřetržitě online provozuje uzly jen relativně malá část komunity Waves (seznam generátorů bloků najdete na adrese https://dev.pywaves.org/generators/).
Coiny WAVES pronajaté těžařskému uzlu se používají ke zvýšení stakovací váhy těžaře, která zase zvyšuje pravděpodobnost, že tento těžař najde další blok. Systém LPoS zlepšuje zabezpečení sítě přinejmenším dvěma způsoby. Za prvé, čím víc se WAVES používá k zabezpečení sítě, tím lépe, protože pro útočníka je obtížnější nashromáždit coiny potřebné k 51% útoku. Za druhé, coiny WAVES je možné pronajmout z offline úložiště uživatele, takže samotný uzel, který zůstává online, může držet minimální zůstatek. Tím se výrazně snižuje riziko hacknutí online uzlů, protože těžaři pronajaté WAVES nedrží.
Nový přístup ke konsenzu: Waves-NG
Další modernizace sítě proběhla v prosinci 2017, kdy byl spuštěn protokol Waves-NG. Jedná se o nový protokol vytvořený podle návrhu Bitcoin-NG, který předložil Emin Gün Sirer, profesor IT na Cornellově univerzitě.
Původní bitcoinový protokol vybírá každého těžaře retrospektivně. Po přidání bloku na blockchain těžaři soutěží, kdo na základě aktuálního stavu blockchainu najde pro další blok platný hash. Nově vytvořené transakce mezitím putují do takzvaného mempoolu, kde zůstávají nevyřízené, dokud je těžař nakonec neshromáždí a neověří.
Přestože oba protokoly Bitcoin i Bitcoin-NG jsou považovány za systémy s byzantskou odolností proti chybám (BFT), ten druhý byl v roce 2015 navržen jako škálovatelná alternativa používající jiný pracovní mechanismus. V systému Bitcoin-NG je další těžař vybrán předem a tento těžař vytvoří prázdný „klíčový blok“, což je blok, který bude nakonec přidán na blockchain. Do tohoto klíčového bloku se téměř v reálném čase přidávají takzvané „mikrobloky“ (každý s několika transakcemi). Když použijeme každodenní analogii, je to jako přidat několik tašek (mikrobloky) do nákupního vozíku (klíčový blok), než nakonec celý vozík odvezete k pokladně (přidání na blockchain). To znamená, že transakce je možné na blockchain přidat během několika sekund a jediným skutečným zpožděním je prodleva sítě. Síť Waves tuto myšlenku přizpůsobila mechanismu proof-of-stake a vytvořila protokol Waves-NG – první nasazení protokolu Bitcoin-NG na otevřeném, veřejném blockchainu.
Dalším přírůstkem do ekosystému byly hromadné převody. Ty umožňují v rámci jedné transakce uskutečnit až 100 převodů se sníženými poplatky. Limit 100 transakcí pro hromadný převod byl zvolen jako kompromis mezi zvýšením kapacity a pohodlí na jedné straně a omezením možnosti odesílat obrovské dávky levných transakcí najednou na straně druhé. Pokud potřebujete provést víc převodů, můžete postupně odeslat několik hromadných převodů.
Jinými slovy, uživatelé mohou jednoduše zvolit hromadný převod jako jiný typ odchozí transakce, která jim umožní zahrnout do jedné transakce až 100 příjemců. Adresy příjemců je navíc možné zadat prostřednictvím souboru JSON nebo je nahrát jako soubor CSV, což usnadňuje a zefektivňuje rozesílání velkých airdropů nebo týdenních výplat těm, kteří pronajímají WAVES těžařským uzlům. Funkce hromadných převodů v kombinaci s protokolem Waves-NG přinesla síti vysokou propustnost.
Síť Waves provedla řadu zátěžových testů, které měly u tohoto nového protokolu zjistit potenciál propustnosti. V říjnu 2018 proběhl na mainnetu sítě velký zátěžový test. Ten ukázal, že veřejný a otevřený blockchainový protokol (ne jen omezená a kontrolovaná testovací síť) dokázal během 24 hodin obsloužit víc než 6,1 milionu transakcí – v průměru 4 200 transakcí za minutu nebo 71 transakcí za sekundu, přičemž propustnost ve špičce dosáhla stovek transakcí za sekundu.
Závěrem
Systém leased proof-of-stake umožňuje běžným uživatelům pronajmout síť WAVES plnohodnotným uzlům, aniž by nad svými coiny ztratili kontrolu, a bez nutnosti technických znalostí tak pomoci síť Waves zabezpečit. Protokol Waves-NG umožňuje propustnost až 100 TPS, což je řádově víc než u mnoha blockchainů. Poplatky jsou nízké, protože není nutné platit těžařům odměny za bloky, a kompenzovat jim tak vysoké náklady na elektřinu a drahý hardware.
Onchainová škálovatelnost byla pro síť Waves prioritou, ale rozsah, v jakém je možné blockchainy takto škálovat, je omezen potřebou úložiště a šířky pásma. Vývojáři sítě Waves se domnívají, že než budou potřeba další škálovací řešení, je možné současný přístup optimalizovat tak, aby podporoval až 1 000 TPS. Síť Waves v současné době zkoumá možnosti škálování na druhé vrstvě pomocí vedlejších blockchainů (sidechain), které by na paralelním blockchainu dokázaly zpracovat velké množství transakcí a byly by zabezpečeny hlavním blockchainem Waves.