Peercoin и доказательство доли (PoS)

Любопытство

1. Почему сеть должна вознаграждать за хранение монет, а не за сжигание электроэнергии?
2. Как злоумышленник может переписать историю с использованием ключей, которые у него были десять лет назад, не тратя новых ресурсов?
3. Что мешает валидатору подписывать два разных блока одновременно?

Исследование

1. Идея доказательства доли впервые обсуждалась на форуме Bitcoin в 2011 году; первую рабочую версию создали разработчик под псевдонимом Sunny King и Скотт Надал, чей PPCoin использовал «возраст монет» для выбора производителей блоков. В этой модели непотраченные выходы транзакций (UTXO) набирали вес просто за счёт пребывания в цепочке. Чем дольше монета лежала нетронутой в кошельке, тем выше была вероятность, что она будет выбрана для создания следующего блока, — так право участвовать в консенсусе напрямую связывалось с долгосрочным хранением, а не с вычислительной мощностью.
2. PPCoin, позже переименованный в Peercoin, был запущен в августе 2012 года как гибрид: доказательство работы (PoW) выпускало новые монеты, а блоки доказательства доли (PoS), приносившие около 1% годовых на застейканные монеты, обеспечивали значительную часть безопасности. Много лет сеть также опиралась на контрольные точки, централизованно подписываемые её разработчиками, — меру защиты, в которой критики видели точку контроля.
3. Ранний анализ выявил критическую уязвимость, известную как «nothing at stake» («нечем рисковать»). Поскольку создание блоков не требовало физических ресурсов сверх первоначальной покупки монет, валидаторы могли дёшево поддерживать сразу несколько конкурирующих форков цепочки. Обладая значительной долей, атакующий мог подписывать валидные блоки по обе стороны разветвления, создавая неопределённость в том, какая история является канонической, и не неся никаких предельных затрат на дополнительную работу.
4. Отсюда возникла проблема атак дальнего радиуса (long-range attacks). Злоумышленник, получивший старые приватные ключи многолетней давности, теоретически мог переписать всю историю цепочки начиная с того момента. Поскольку для проверки этих исторических блоков не требовалось новых вычислений, нода, синхронизирующаяся с нуля, могла принять версию атакующего, если та выглядела математически корректной, — и это подрывало окончательность транзакций, подтверждённых месяцами или годами ранее.
5. Виталик Бутерин предложил решение в 2014 году, введя понятие «слабой субъективности» (weak subjectivity). Новые ноды, подключающиеся к сети, должны доверять недавней контрольной точке, предоставленной действующими участниками. Договорившись о конкретной высоте блока как отправной точке проверки, сеть предотвращает атаки дальнего радиуса, основанные на переписывании истории до этой контрольной точки. Этот компромисс создаёт зависимость от доверенных пиров при первоначальной синхронизации, но защищает от манипуляций историей.
6. В более поздних разработках появились механизмы слэшинга (slashing) для наказания за недобросовестное поведение. Если валидатор подписывал конфликтующие блоки или действовал злонамеренно, его застейканные монеты конфисковывались. Nxt, запущенный в 2013 году, стал одной из первых сетей на чистом доказательстве доли (PoS), полностью отказавшись от гибридной составляющей. Эти разработки заложили базовые параметры современного консенсуса на основе стейка: экономические санкции обеспечивают честность, а слабая субъективность регулирует доверие на этапе начальной загрузки сети.

Ключевые факты

Упражнение девять, шесть, три, один

Проверка фактов

Даты, цифры и утверждения были проверены по приведенным ниже опубликованным источникам.

• S. King & S. Nadal, 'PPCoin: Peer-to-Peer Crypto-Currency with Proof-of-Stake' (2012)
• V. Buterin, 'Proof of Stake: How I Learned to Love Weak Subjectivity' (2014)
• Nxt documentation and release notes (2013)