От блокчейна к DAG: избавляемся от посредников

В этой статье я расскажу вам о DAG (Directed Acyclic Graph, направленный ациклический граф) и его применении в распределённых реестрах, и мы сравним его с блокчейном.

DAG не является чем-то новым в мире криптовалют. Возможно вы слышали о нём как о решении проблем масштабируемости блокчейнов. Но сегодня мы будем говорить не о масштабируемости, а о том, что делает криптовалюты отличными от всего остального: децентрализация, отсутствие посредников и устойчивость к цензуре.

Также я покажу вам, что DAG на самом деле более устойчив к цензуре, и в нём отсутствуют посредники для доступа к реестру.

В привычных нам блокчейнах у пользователей нет прямого доступа к самому реестру. Когда вы хотите добавить транзакцию в реестр, вам приходится «просить» сделать это производителя блоков (блок-продюсера, он же «майнер»). Именно майнеры решают, какую транзакцию добавить в следующий блок, а какую — нет. Именно у майнеров есть эксклюзивный доступ к блокам и право решать, чью транзакцию принять для добавления в реестр.

Майнеры — это посредники, стоящие между вами и распределённым реестром.

На практике же, обычно небольшое количество пулов майнеров коллективно контролируют более половины вычислительных мощностей сети. Для биткоина это четыре пула, для Ethereum — два. В случае их сговора, они могут блокировать любые транзакции, какие захотят.

За последние несколько лет было предложено множество вариаций блокчейнов, различающихся в принципах выбора производителей блока. Но сами производители блоков никуда не уходят, они всё ещё «стоят на шлагбауме»: каждая транзакция должна пройти через производителя блоков, и если он не принимает её, то транзакции, по факту, не существует.

Это неизбежная проблема в случае с блокчейном. И если мы хотим её решить, мы должны радикально изменить дизайн и полностью избавиться от блоков и производителей блоков. И вместо того, чтобы выстраивать цепочку блоков, мы будем соединять сами транзакции, включая в каждую транзакцию хеши нескольких предыдущих. В результате мы получим структуру, известную в математике как направленный ациклический граф – DAG.

Теперь каждый имеет прямой доступ к реестру, без посредников. Когда вы хотите добавить транзакцию в реестр – вы просто добавляете её. Выбираете несколько родительских транзакций, добавляете свои данные, подписываете и посылаете вашу транзакцию пирам в сети. Готово. Нет никого, кто бы мог помешать вам сделать это, поэтому ваша транзакция уже в реестре.

Это самый децентрализованный, самый неуязвимый перед цензурой способ добавления транзакций в реестр без посредников. Потому что каждый желающий просто добавляет свои транзакции в реестр, не спрашивая разрешения ни у кого.

DAG можно считать третьей стадией эволюции реестров. Сначала были централизованные реестры, где одна сторона контролировала доступ к ним. Потом пришли блокчейны, в которых уже было несколько контролёров, которые записывали транзакции в реестр. И, наконец, в DAG вообще нет никаких контролёров, пользователи добавляют свои транзакции напрямую.

Теперь, когда у нас есть такая свобода, она не должна приводить к хаосу. Мы должны иметь согласие о состоянии реестра. И это согласие, или консенсус, обычно означает согласие о двух вещах:

1. Что произошло?
2. В каком порядке это произошло?

На первый вопрос мы легко можем ответить: как только правильно созданная транзакция была добавлена в реестр, она произошла. И точка. Информация об этом может доходить до всех участников в разное время, но в конце концов все ноды получат эту транзакцию и узнают, что она произошла.

Если бы это был блокчейн, майнеры бы решали, что происходит. Всё, что майнер решает включить в блок – то и происходит. Всё, что он не включает в блок – не происходит.

В блокчейнах майнеры также решают вторую проблему консенсуса: порядок. Им разрешено упорядочивать транзакции внутри блока как угодно.

Как же определить порядок транзакций в DAG?

Только лишь потому, что граф у нас направленный, мы уже имеем некоторый порядок. Каждая транзакция ссылается на одну или несколько предыдущих, родительских. Родители, в свою очередь, ссылаются на своих родителей, и так далее. Родители, очевидно, появляются раньше дочерних транзакций. Если какая-либо из транзакций может быть достигнута переходами по ссылкам «родитель-ребёнок», мы точно знаем порядок между транзакциями в этой цепочке транзакций.

Но порядок между транзакциями не всегда можно определить только из формы графа. Например, когда две транзакции лежат на параллельных ветвях графа.

Чтобы разрешить неоднозначность в таких случаях, мы полагаемся на так называемых провайдеров порядка. Мы также называем их «свидетелями». Это обычные пользователи, задачей которых является постоянная отправка транзакций в сеть с соблюдением порядка, т.е. так, что каждая их предыдущая транзакция может быть достигнута переходами по ссылкам «родитель-ребёнок». Провайдеры порядка – доверенные пользователи, и вся сеть полагается на то, что они не будут нарушать данное правило. Для того чтобы рационально доверять им, мы требуем, чтобы каждый провайдер порядка был известным (неанонимным) человеком или организаций и имел что-то, что может потерять в случае, если нарушит правила, например, репутацию или бизнес, основанный на доверии.

Провайдеры порядка выбираются пользователями, и каждый пользователь включает список его доверенных провайдеров в каждую транзакцию, которую отправляет в сеть. Этот список состоит из 12 провайдеров. Это довольно маленькое число, чтобы человек мог проверить личности и репутацию каждого из них, и достаточное для того, чтобы сеть продолжала работать в случае неизбежных проблем с меньшинством провайдеров порядка.

Данный список провайдеров варьируется от пользователя к пользователю, но списки у соседних транзакций могут отличаться максимум на одного провайдера.

Теперь, когда у нас есть провайдеры порядка, мы можем выделить их транзакции в DAG и упорядочить все другие транзакции вокруг порядка, созданного ими. Возможность создания такого алгоритма есть (см. Obyte White Paper ^[1] для технических деталей).

Но порядок во всей сети не может быть определён моментально, нам требуется время на то чтобы провайдеры порядка отправили достаточное количество своих транзакций, чтобы удостовериться в итоговом порядке прошлых транзакций.

И, поскольку порядок определяется только позициями транзакций провайдеров в DAG, все ноды сети рано или поздно получат все транзакции и придут к одинаковому заключению относительно порядка транзакций.

Итак, мы имеем согласие относительно того, что считаем случившемся: любая транзакция, попавшая в DAG, случилась. Также мы имеем согласие о порядке событий: это либо видно исходя из родственных связей транзакций, или же выводится из порядка транзакций, отправленных провайдерами порядка. Значит мы имеем консенсус.

Данный вариант консенсуса мы имеем в Obyte. Несмотря на то, что доступ в реестр Obyte полностью децентрализован, консенсус относительно порядка транзакций всё ещё централизован, т.к. 10 из 12 провайдеров контролируются создателем (Антон Чурюмов), и только два из них – независимые. Мы ищем кандидатов, желающих стать одним из независимых провайдеров порядка, чтобы помочь нам децентрализовать установление порядка в реестре.

Недавно появился третий независимый кандидат, желающий установить и поддерживать ноду провайдера порядка – Университет Никосии.

Теперь, как мы контролируем двойные траты (double-spends)?

По правилам, при обнаружении двух транзакций, тратящих одну и ту же монету, та транзакция, которая оказалась раньше в итоговом порядке всех транзакций, выигрывает. Вторая же инвалидируется алгоритмом консенсуса.

В случае, если имеется возможность установить порядок между двумя транзакциями, тратящими одну монету (по связям родитель-ребёнок), то все ноды сразу отклоняют такую попытку двойной траты.

В случае же, если порядок не виден из родительских связей между двумя такими транзакциями, они обе принимаются в реестр, и нам потребуется дождаться консенсуса и установления порядка между ними с помощью провайдеров порядка. Тогда выиграет более ранняя транзакция, а вторая станет невалидной.

Хоть вторая транзакция и становится невалидной, она всё равно остаётся в реестре, потому как уже имеет последующие транзакции, ссылающиеся на неё, которые ничего не нарушали и не знали, что в будущем эта транзакция станет невалидной. Иначе нам пришлось бы удалять родителя у хороших последующих транзакций, что нарушило бы главный принцип сети – любая правильная транзакция принимается в реестр.

Это очень важное правило, позволяющее всей системе быть устойчивой к попыткам цензуры. 

Давайте представим, что все провайдеры порядка вступают в сговор в попытке «зацензурить» одну конкретную транзакцию. Они могут игнорировать её и никогда не выбирать «родителем» для своих транзакций, но этого недостаточно, эта транзакция всё ещё может быть включена опосредованно как родитель какой-нибудь другой транзакции, выпущенной любым пользователем сети, который не участвует в сговоре. С течением времени, такая транзакция будет получать всё больше и больше детей, внуков и правнуков от обычных пользователей, разрастаясь как снежный ком, и всем договорившимся провайдерам порядка придётся игнорировать и эти транзакции тоже. В конце концов, им придётся зацензурить всю сеть, что равносильно саботажу.

Таким образом, DAG остаётся цензуро-устойчивым, даже если имеет место сговор провайдеров порядка, тем самым превосходя блокчейн по устойчивости к цензуре, в котором мы ничего не можем сделать, если майнеры решат не включать какую-либо из транзакций. И это следует из главного свойства DAG: участие в реестре абсолютно независимо и без посредников, а транзакции необратимы.

Автор: obyte-dev

Источник ^[2]