Algoritmus konsenzu Leased Proof of Stake a protokol Waves-NG
Autor: Guy Brandon, prispievateľ siete Waves.
Sieť Waves používa algoritmus konsenzu Leased Proof of Stake (LPoS) v kombinácii s protokolom Waves-NG, čo umožňuje vysoký stupeň škálovateľnosti a priepustnosti transakcií.
Úvod
Sieť Waves bola spustená v roku 2016 po ICO, v rámci ktorej sa vyzbieralo 30 000 BTC (v tom čase približne 16 miliónov USD). Projekt vyvíja komplexný blockchainový ekosystém na použitie v obchodných procesoch so širokou škálou nástrojov pokrývajúcich rôznorodé potreby. Patria sem jednoduché vytváranie vlastných tokenov kryptomien, jednoduché smart kontrakty, peer-to-peer obchodovanie na vstavanej decentralizovanej burze (DEX) a bezpečný a pohodlný prostriedok na interakciu s DApps a webovými službami prostredníctvom doplnku prehliadača Waves Keeper.
Škálovateľnosť
Sieť Waves si už od začiatku uvedomovala, že na masové prijatie blockchainu bude potrebná škálovateľnosť, a uprednostnila vývoj technológie na riešenie obmedzení existujúcich blockchainov. Napríklad Bitcoin má vysokú bezpečnosť, ale je relatívne pomalý a dokáže podporovať iba približne 7 transakcií za sekundu (TPS). Bitcoin ako taký nie je dostatočne efektívny na to, aby sa používal ako každodenná mena na celom svete. Na to, aby Bitcoin slúžil na tento účel, sú potrebné riešenia druhej úrovne, ako napríklad Lightning Network. Sieť Waves zvolila iný prístup a najprv sa zamerala na vysokú škálovateľnosť v reťazci a až následne riešila aplikácie druhej úrovne.
Prenájom zostatku
Pôvodný algoritmus konsenzu siete Waves bol jednoduchou implementáciou algoritmu Proof of Stake. Všetkých 100 miliónov tokenov WAVES bolo distribuovaných po ICO a dodávka je pevná. Nedochádza k inflácii, ako je to v prípade coinov ťažených použitím algoritmu PoW. Validátori (raziči, hoci v ekosystéme siete Waves sa zvyčajne označujú ako „ťažiari“) blokov siete Waves dostávajú poplatky za transakcie z blokov, ktoré spracúvajú, ale žiadne odmeny za bloky.
Algoritmus Leased Proof of Stake (LPoS) bol plne spustený v máji 2017. Používateľom aplikácie Waves Lite Client (tým, ktorí neprevádzkujú úplný uzol) umožňuje prenajať svoje tokeny WAVES uzlom, ktoré ťažia. Prenajaté tokeny WAVES sú zablokované na účte používateľa a nie je možné ich prevádzať ani obchodovať s nimi. Napriek tomu zostávajú tokeny plne pod kontrolou majiteľa účtu a prenájom je možné kedykoľvek zrušiť. Vzhľadom na technickú réžiu spojenú s prevádzkou ťažobného uzla a potrebu byť nonstop online, iba relatívne malá časť komunity Waves prevádzkuje uzly (zoznam generátorov blokov možno nájsť na adrese https://dev.pywaves.org /generátory/).
Tokeny WAVES, ktoré sú prenajaté ťažobnému uzlu, sa používajú na zvýšenie podielu ťažiara, čo následne zvyšuje šance, že ťažiar nájde ďalší blok. Algoritmus Leased Proof of Stake zlepšuje bezpečnosť siete minimálne dvoma spôsobmi. Po prvé, čím viac tokenov WAVES sa použije na zabezpečenie siete, tým lepšie, pretože pre útočníka je ťažšie zhromaždiť tokeny potrebné na vykonanie útoku 51 %. Po druhé, tokeny WAVES je možné prenajať uzlu z adresy studeného úložiska používateľa, ale samotný uzol (ktorý je stále online) môže mať len minimálny zostatok. To výrazne znižuje riziko hacknutia tokenov WAVES z počítačov, ktoré sú online, pretože prenajaté prostriedky sa neprevádzajú na ťažiara.
Nový prístup ku konsenzu: Waves-NG
K ďalšiemu upgradu siete došlo v decembri 2017 spustením protokolu Waves-NG. Išlo o nový protokol založený na návrhu Bitcoin-NG profesora Emina Gün Sirera na fakulte informačných technológií univerzity Cornell.
Pôvodný protokol siete Bitcoin vyberá každého ťažiara spätne. Po pridaní bloku do blockchainu ťažiari súťažia o to, kto nájde platný hash pre ďalší blok na základe aktuálneho stavu blockchainu. Medzitým novovygenerované transakcie idú do pamäťového poolu (mempool), kde zostanú nevybavené, kým ich ťažiar nakoniec nevyzdvihne a neoverí.
Hoci protokoly Bitcoin aj Bitcoin-NG sa považujú za systémy s byzantskou odolnosťou voči chybám (BFT), druhý z nich bol navrhnutý v roku 2015 ako škálovateľná alternatíva založená na inom mechanizme. V systéme Bitcoin-NG sa ďalší ťažiar vyberie vopred a tento ťažiar vytvorí prázdny „kľúčový blok“. Toto je blok, ktorý sa nakoniec pridá do blockchainu. K tomuto kľúčovému bloku sa v takmer reálnom čase pridávajú malé bloky nazývané „mikrobloky“ (každý pozostáva z niekoľkých transakcií). Aby sme použili jednoduché prirovnanie, je to ako pridanie niekoľkých nákupných tašiek (mikroblokov) do vozíka (kľúčový blok) predtým, než sa celý vozík nakoniec odvezie k pokladni (pridá sa do blockchainu). To znamená, že transakcie môžu byť pridané do blockchainu v priebehu niekoľkých sekúnd, pričom jediným skutočným oneskorením je oneskorenie siete. Sieť Waves aktualizovala túto myšlienku pre sieť typu Proof of Stake a vytvorila protokol Waves-NG. Ide o prvé nasadenie protokolu Bitcoin-NG pre otvorený, verejný blockchain.
Ďalším prírastkom do ekosystému boli funkcia hromadných prevodov MassTransfers. Tá umožňuje zbaliť až 100 prevodov v rámci jednej transakcie so zníženými poplatkami. Limit 100 transakcií na hromadný prevod MassTransfer bol zvolený ako kompromis medzi pridaním významnej kapacity a pohodlia na jednej strane a obmedzením možnosti odosielať veľmi veľké dávky nízkonákladových transakcií naraz na strane druhej. Ak je potrebné vykonať viac prevodov, je možné odoslať viacero hromadných prevodov MassTransfers postupne.
Inými slovami, používatelia si môžu jednoducho vybrať hromadný prevod MassTransfer ako iný druh funkcie „Odoslať transakciu“, čo im umožní zahrnúť do jednej transakcie až 100 príjemcov. Okrem toho môžu byť adresy príjemcov poskytnuté prostredníctvom JSON alebo nahrané zo súboru CSV, vďaka čomu je uskutočňovanie veľkých airdropov alebo týždenných výplat tým, ktorí prenajímajú svoje tokeny WAVES ťažobným uzlom, jednoduché a efektívne. V kombinácii s protokolom Waves-NG umožnila funkcia MassTransfer veľmi vysokú priepustnosť v sieti.
V sieti Waves sa uskutočnilo viacero záťažových testov, aby sa zmerala priepustnosť nového protokolu. V októbri 2018 sa na hlavnej sieti uskutočnil veľký záťažový test. Ten preukázal, že verejný, otvorený blockchainový protokol (nie jednoducho obmedzená a kontrolovaná testovacia sieť) dokáže zabezpečiť viac ako 6,1 milióna transakcií v priebehu 24 hodín. To je v priemere 4 200 transakcií za minútu alebo 71 transakcií za sekundu, pričom maximálna priepustnosť dosahuje stovky transakcií za sekundu.
Záverečné myšlienky
Systém používajúci algoritmus Leased Proof of Stake umožňuje bežným používateľom bez technických znalostí pomôcť zabezpečiť sieť Waves prenajímaním svojich tokenov WAVES úplným uzlom bez straty kontroly nad svojimi tokenmi. Medzitým protokol Waves-NG umožnil priepustnosť až 100 TPS, čo je rádovo viac ako mnohé blockchainy. Poplatky sú nízke, pretože nie je potrebné platiť ťažiarom odmeny za blok, ktoré im kompenzujú vysoké náklady na elektrinu a drahý hardvér.
Škálovateľnosť v rámci reťazca bola pre sieť Waves prioritou, existujú však obmedzenia v rozsahu, v akom sa môže každý blockchain týmto spôsobom škálovať z dôvodu požadovaného úložiska a šírky pásma. Vývojári siete Waves veria, že súčasný prístup možno optimalizovať tak, aby podporoval až 1 000 TPS, kým budú potrebné ďalšie riešenia škálovania. Sieť Waves v súčasnosti skúma možnosti riešenia škálovania druhej úrovne zahŕňajúce vedľajšie reťazce, ktoré umožňujú spracovanie veľkého počtu transakcií v paralelnom reťazci, ale v konečnom dôsledku zabezpečené na hlavnom blockchaine Waves.