Ethereum Casper - Opis i objaśnienie działania

Na czym polega Ethereum Casper?

Treść autorstwa członka społeczności - Autor: William M. Peaster

Casper, to w najprościej mówiąc zestaw propozycji i zmian w protokole Ethereum, które przyczynią się do przejścia tej sieci na algorytm konsensusu Proof of Stake (zmiana ta znana jest również pod nazwą Ethereum 2.0). Pomimo tego, iż od początku swojego istnienia (lata 2015 roku), sieć Ethereum działa w oparciu o algorytm Proof of Work (PoW), twórcy już od dawna planowali przejście na model zakładający stake'owanie zamiast kopania. Po całkowitej migracji na algorytm PoS, mining (kopanie kryptowalut) nie będzie już częścią sieci Ethereum.

Do tej pory w ekosystemie Ethereum pojawiły się dwie implementacje Casper: Casper CBC i Casper FFG. Wersja CBC została zaproponowana przez badacza zatrudnionego w Fundacji Ethereum, Vlada Zamfira. Pomimo tego, iż w początkowej fazie rozwoju tej propozycji badania nad nią koncentrowały się jedynie na PoS dedykowanemu publicznym sieciom blockchain, to obecnie obejmują już szerszy zakres badań biorących pod uwagę całą rodzinę rozwiązań PoS.

Z kolei badania i prace nad Casper FFG prowadzi współzałożyciel Ethereum, Vitalik Buterin. Pierwotna propozycja FFG zakładała wykorzystanie hybrydowego systemu PoW / PoS, ale wdrożenie takiego rozwiązania ciągle pozostaje w sferze dyskusji, a stale pojawiające się nowe propozycje mogą ostatecznie zastąpić go czystym modelem PoS.

Co jednak istotne na ten moment, to fakt, iż propozycja Casper FFG ma największe szanse na ostateczną implementację, a tym samym ziszczenie się wizji Ethereum 2.0. Nie oznacza to jednak, że propozycja Casper CBC jest całkowicie zbędna lub źle zaprojektowana. W rzeczywistości może ona w przyszłości zastąpić lub uzupełnić braki powstałe w wyniku implementacji Casper FFG.

Przy tej okazji warto również wspomnieć, iż o ile obydwa protokoły (propozycje) Casper powstały i są rozwijane z myślą o Ethereum, to z uwagi na swoją naturę (PoS), implementacja tej technologii jest również możliwa w innych sieciach blockchain.

Casper - objaśnienie działania

Transformacja projektu Ethereum z wersji 1.0 do wersji 2.0 określana jest mianem aktualizacji o kryptonimie “Serenity”. Sama aktualizacja podzielona została na trzy fazy. W pierwszej fazie (Phase 0) utworzona zostanie nowa sieć blockchain o nazwie Beacon Chain. Zasady działania sieci (algorytm konsensusu) wyznaczać będą reguły zapisane w propozycji Casper FFG. Nowo utworzona sieć od razu funkcjonować będzie w systemie PoS.

W odróżnieniu od miningu, znanego z sieci wykorzystujących algorytm PoW, który polega na dosłownym kopaniu bloków przy użyciu specjalnego sprzętu i oprogramowania, implementacja protokołu Casper w całości opiera się o mechanizm stake'owania. Po wejściu aktualizacji w życie, walidacja i weryfikacja nowych bloków zawierających transakcje będzie wykonywana przez tzw. walidatorów bloków, którzy będą wybierani na podstawie ilości posiadanych przez nich jednostek kryptowaluty Ether.

Co więcej, Casper zakłada wprowadzenie systemu głosowania w którym wielkość (waga) oddanego przez walidatora głosu uzależniona będzie od ilości stake'owanych ETH. Dla przykładu, ktoś kto zdecyduje się stake'ować 64 ETH będzie mógł oddawać głosy o wadze dwa razy większej, od kogoś kto zdecyduje się na poddanie stake'ingowi jedynie minimalnej ilości ETH. Oznacza to, iż aby móc stać się walidatorem bloków w pierwszej fazie aktualizacji Serenity, użytkownicy muszą posiadać, a następnie stake'ować co najmniej 32 Ethery (ETH) - a więc wpłacić je na specjalny adres smart kontraktu, który będzie bazował na sieci Ethereum 1.0.

Jeśli na pierwszym etapie aktualizacji wszystko pójdzie dobrze, to z sieci wyłaniane będą losowe grupy walidatorów, którzy będą odpowiedzialni za walidację i propagowanie nowych bloków do sieci. Na ten moment wiadomo, iż jedyną nagrodą za walidację i propagację bloku dla walidatorów będą zawarte w danym bloku opłaty za transakcje, bez znanych z innych sieci tzw. block subsidy - a więc gwarantowanych dodatkowych nagród.

Przy tej okazji warto również zauważyć, iż implementacja algorytmu PoS w świecie blockchain charakteryzuje się innym podejściem do wielu kwestii, w tym np. różnymi modelami nagradzania walidatorów. Model założony w protokole Casper wciąż znajduje się w fazie rozwoju, a wiele szczegółów dotyczących działania tego algorytmu wymaga dalszych badań i ustaleń.

Zalety Casper

Jedną z zalet Casper jest to, iż wprowadzając mechanizm stakingu, sieć pozbędzie się mechanizmu, który zdecydowanie wywiera wpływ na środowisko - mechanizm kopania kryptowalut specjalistycznym sprzętem. Jeśli chodzi o wykorzystanie energii elektrycznej i zasobów obliczeniowych w procesie walidacji, weryfikacji i propagacji bloków i transakcji, sieci blockchain wykorzystujące algorytmy PoW są dużo mniej przyjazne środowisku. Sieci wykorzystujące algorytmy bazujące na ideo PoS mają znacznie mniejsze zapotrzebowanie na w/w. Tym samym moment w którym Casper zostanie w 100% wdrożony do sieci Ethereum będzie chwilą, w której górnicy (ang. miners) staną się zbędni w procesie zabezpieczania sieci Blockchain.

Kolejna potencjalna zaleta protokołu Casper związana jest z bezpieczeństwem. Zasadniczo technologia stojąca u podstaw protokołu Casper będzie odpowiedzialna za wygląd łańcucha bloków Ethereum i jego bezpieczeństwo. Zasadniczo więc można powiedzieć, iż Casper będzie cyfrowym księgowym, który zarządza księgą (ang. ledger) sieci Ethereum 2.0. Wchodząc w rolę księgowego i zarządcy, protokół zyska również możliwość karania nieuczciwych walidatorów. Jedną z możliwych kar jakie sieć będzie mogła nałożyć na walidatora jest przejęcie stake'owanych przez niego środków - ETH. Tym samym wielu deweloperów, jak i sama społeczność przewiduje, iż próby zaatakowania sieci od wewnątrz będą bardzo sporadyczne z uwagi na ich koszty. przekroczenia sieci będą bardzo kosztowne. Co jednak również istotne, rozmowy na temat możliwości pojawienia się ataków typu 51% oraz możliwych dróg ich zapobiegnięcia wciąż trwają.

Ostatnią z zauważalnych zalet Casper - którą bardzo często podnoszą fani tego rozwiązania - jest zwiększenie decentralizacji sieci Ethereum. Na tę chwilę największą siłę przebicia oraz możliwości mają Ci, którzy dysponują odpowiednimi zasobami (pieniężnymi; obliczeniowymi) do prowadzenia miningu. Po wprowadzeniu zmian jakie niesie za sobą Casper, każdy, kto będzie chciał wejść w rolę walidatora, aby dodać swoją cegiełkę na polu zabezpieczania sieci blockchain Ethereum 2.0, wystarczy, że zakupi odpowiednią ilość kryptowaluty Ether.

Ograniczenia

Zanim protokół Casper będzie mógł zostać w całości zaimplementowany do sieci Ethereum (lub jakiejkolwiek innej sieci) minie jeszcze dużo czasu. Na ten moment stopień bezpieczeństwa oraz efektywności sieci po wprowadzeniu leżących u jego podstaw modyfikacji dalej znajduje się w sferze badań i analiz. Wiele elementów protokołu jest obecnie również rozwijana i dostosowywana. Dopóki w sieci Ethereum nie zostanie uruchomiona pierwsza faza (Phase 0) aktualizacji Serenity, nikt tak na prawdę nie wie jak będzie zachowywać się ta sieć po wdrożeniu pierwszej grupy zmian.

Jeśli chodzi o ograniczenia teoretyczne, Casper nie będzie w stanie sfinalizować bloków, jeśli system walidacji bloków napotka jakikolwiek problem lub nieścisłość. W swojej obecnej konstrukcji Casper wciąż nie jest całkowicie odporny na ataki 51%. Poza tym deweloperom tego rozwiązania nadal nie udało się wypracować spójnej specyfikacji i metodologii działania na wypadek wystąpienia forku - szczególnie w odpowiedzi na różnego rodzaju ataki.

Zakończenie

Sieć Ethereum powoli zaczyna szykować się na zmianę sposobu zabezpieczania swojej księgi (ang. ledger) - z kosztownego i energochłonnego procesu miningu, na bardziej dostępny dla wszystkich chętnych mechanizm stake'owania Etheru (ETH). Casper jest technologią, która będzie używana do finalizacji bloków, a która jednocześnie ułatwi wprowadzenie tych zmian w zasadach działania sieci.

Casper przez wielu identyfikowany jest również z pewnym ruchem, który pozwoli zapoczątkować proces wprowadzania kolejnych zmian i ziszczenie się wizji sieci Ethereum 2.0. Otwarto-źródłowa natura całej technologii Casper oznacza również, że technologią tą mogą zainteresować się również osoby i projekty niekoniecznie związane z Ethereum. Dzięki temu technologia ta ma szansę większe przyjęcie i uzyskanie wielu usprawnień o których obecnie nikt nawet nie myśli.

Implementacja Casper w sieci Ethereum będzie ważnym kamieniem milowym dla całej społeczności tego projektu. Justin Drake, jeden z badaczy pracujących nad tą technologią z ramienia fundacji Ethereum nakreślił kiedyś potencjalny termin jej wprowadzenia na dzień 3 Stycznia 2020 r., (a więc na 11 urodziny Bitcoina), ale termin ten na tę chwilę pozostaje ruchomy. Implementacja Casper w sieci Ethereum może nastąpić w dowolnej chwili, ale nie wcześniej niż w 2020 roku.