Децентрализованные платформы для смарт-контрактов: вызовы и решения

Чем разнообразнее становятся векторы применения технологии блокчейн и смарт-контрактов, тем очевиднее узкие места в архитектуре и логике их построения. Современные платформы смарт-контрактов сталкиваются с рядом системных проблем, которые не всегда очевидны широкой публике на данном этапе развития индустрии, но могут помешать глобальному внедрению блокчейна в ближайшем будущем.

В предыдущих статьях мы очертили основные направления критики существующих решений — масштабируемость, имплементация оракулов и ползучая централизация. В этой статье мы рассмотрим существующие и находящиеся в разработке способы решения этих проблем.

Масштабируемость

Длительную дискуссию между биткоин-максималистами и приверженцами Ethereum о тьюринг-полноте и масштабируемости мы упоминали в нашей предыдущей статье. В результате этих споров у некоторых членов сообщества могло сформироваться черно-белое понимание вопроса — либо высокая масштабируемость, либо тьюринг-полные и оперирующие состоянием (state) смарт-контракты.

Существует три основных подхода к масштабированию платформ для умных контрактов. Это шардинг, оптимизация работы с базами данных и каналы состояний. Ниже мы рассмотрим основные проекты, в которых эти подходы имплементированы на практике.

Одной из проблем масштабирования смарт-контрактов является необходимость хранить текущее состояние каждого аккаунта в сети блокчейн. Ethereum в будущем будет использовать так называемый «шардинг» для решения этой проблемы. Шардинг предполагает отказ от полных нод, которые должны хранить информацию о полном состоянии сети и каждой транзакции, которая происходит на блокчейне. Вместо этого, каждая нода хранит некоторое подмножество этой информации и подтверждает только транзакции, касающиеся этого подмножества.

Однако реализация данного подхода порождает дополнительные уязвимости в системе, поскольку в этой модели одни ноды вынуждены обращаться к другим за недостающей информацией и, соответственно, вынуждены им доверять. Разработчики Ethereum планируют решить данную проблему посредством внедрения экономических стимулов, которые будут стимулировать участников системы действовать определенным образом — так, чтобы ноды были заинтересованы предоставлять достоверную информацию другим нодам. Тем не менее такая модель пока что находится на начальной стадии разработки и тестирования, а будет ли она успешной — неизвестно.

Aeternity предлагает свое элегантное решение проблемы масштабирования, где тьюринг-полные смарт-контракты в любом количестве не будут влиять на масштабируемость сети. Решение носит название “каналы состояний” и работает по принципу протокола Lightning Network, который добавляет к блокчейну биткоина еще один логический уровень, принимающий на себя нагрузку, связанную с увеличением количества транзакций.

В Aeternity транзакции между сторонами в рамках смарт-контрактов будут проходить в выделенных каналах, не вовлекая в процесс весь блокчейн. Основной блокчейн будет использоваться только в качестве распределенного реестра для учета финансовых последствий успешных транзакций или децентрализованного арбитра в случае возникновения разногласий у сторон контракта.

Таким образом, каналы состояния, как и Lightning Network, позволят дешево и мгновенно осуществлять практически безграничное количество транзакций, ведь они будут проходить параллельно и независимо друг от друга вне основного блокчейна. Дополнительным приятным бонусом является повышение конфиденциальности. Несмотря на то что соблюдение условий смарт-контрактов все еще будет гарантироваться блокчейном и его алгоритмом консенсуса, сам смарт-контракт не будет находиться в публичном доступе, а останется лишь в канале состояния, который был открыт между сторонами, заключившими контракт.

Другой блокчейн-фреймворк Graphene, детище Дэниела Ларимера, служит фундаментом для целого ряда крупных криптоплатформ, в частности, BitShares 2.0 и Steem.

Сильной стороной BitShares считается высокая скорость и дешевизна транзакций, для этого разработчикам, помимо прочего, пришлось отказаться от PoW и создать новый алгоритм консенсуса — DPoS. Платформа также уделяет большое внимание конфиденциальности, используя stealth-транзакции Blockstream.

Использование технологии Graphene-сетей позволяет достичь существенных улучшений в плане масштабирования за счет отказа от ряда свойств традиционных блокчейнов. Например, поскольку процесс хеширования потребляет довольно много ресурсов, BitShares не хеширует ID-адреса пользователей, а просто присваивает им идентификатор. А логика создания смарт-контрактов упрощена и в первую очередь направлена на поддержание высокой производительности.

Ограниченный функционал систем BitShares и Steemit (необходимый для повышенной скорости и безопасности) не позволял технологии Graphene показать весь свой потенциал в плане создания децентрализованных приложений. Недавно Дэниел Лаример заявил о разработке новой платформы для децентрализованных приложений EOS, которая должна учесть проблемы предыдущих имплементация Graphene.

Подход EOS заключается в попытке совместить смарт-контракты Ethereum с масштабируемостью Graphene с некоторыми отступлениями. Смарт-контракты EOS будут представлять из себя “ботов”, загружаемых напрямую в блокчейн, где они смогут параллельно выполнять свои функции и осуществлять общение между собой.

Оракулы

Не менее важной масштабирования проблемой является связь блокчейна с внешним миром. Сфера применения блокчейна расширяется, так как все больше отраслей и бизнесов понимают перспективность этой технологии. Но для интеграции в экономику реального мира одной тьюринг-полноты недостаточно. Смарт-контракты, связанные с реальным миром и Интернетом вещей, должны обращаться к событиям, происходящим вне замкнутой экосистемы блокчейна, будь то изменение состояние актива на бирже, результат спортивного матча или даже состояние погоды. Для получения достоверных данных о событиях, выходящих за рамки блокчейна, смарт-контракту необходим надежный внешний агент — оракул.

На рынке существует целый ряд проектов, которые опираются на оракулы. Существующие оракулы можно разделить на два вида — это либо третьи лица, оказывающие платформе свои услуги, либо децентрализованные системы оракулов, построенные поверх основного блокчейна с отдельным механизмом консенсуса. Оба подхода имеют ряд проблем и уязвимостей.

Первый подход попросту нельзя назвать по-настоящему децентрализованным, что уже подразумевает определенные риски. Этот подход используется нишевыми сетями, которые готовы пожертвовать децентрализацией для достижения конкретных целей или же самыми простыми смарт-контрактами. Например, централизованным оракулом в широком смысле можно назвать мультиподпись — сообщество делегирует узкому кругу лиц право решать, выполнены ли условия, заявленные сторонами, прежде чем разблокировать кошелек с активами.

Второй подход сложнее в имплементации, но более надежен. Самым известным проектом, использующим в повседневной деятельности инфраструктуру децентрализованных оракулов, бесспорно является Augur, платформа построенная на основе блокчейна Ethereum.

Оракулы Augur используются для жестко ограниченных целей — обеспечения деятельности рынка предсказаний. Пользователи Augur делают ставки на исход будущих событий и голосуют за события уже произошедшие, чтобы сеть получала информацию о том, что в действительности происходит в реальном мире. После того как сообщество, выступающее децентрализованным оракулом, определит исход произошедшего события, те, кто сделал верную ставку, получают вознаграждение.

Но следует отметить, что Augur и платформы-последователи сталкиваются с новой проблемой. Такая имплементация децентрализованного оракула вынуждает систему платить за два уровня консенсуса: консенсус по поводу параметров блокчейна и консенсус по поводу состояния окружающего мира. Второй механизм консенсуса не только увеличивает нагрузку на сеть, но и создает дополнительный вектор атаки.

Aeternity предлагает принципиально новый способ интеграции оракулов в блокчейн. Разработчики называют свое детище “Машиной с оракулом” (The Oracle machine), намекая, что это следующий шаг после Машины Тьюринга — самодостаточной вычислительной системы, которая была пределом чаяний для многих современных платформ смарт-контрактов.

Aeternity включила “Машину с оракулом” в механизм консенсуса блокчейна. Таким образом, единый механизм консенсуса Aeternity будет предоставлять информацию и о состоянии блокчейна, и о событиях, происходящих во внешнем мире.

Децентрализация

Децентрализация — это визитная карточка блокчейн-индустрии. По иронии судьбы, часто большие децентрализованные системы поддаются непреодолимым центростремительным тенденциям.

Так, многие альтернативные платформы для смарт-контрактов используют разновидности алгоритма консенсуса PoS (proof-of-stake), который, как считают многие специалисты, не может обеспечить системе достаточную безопасность. Вариация алгоритма — DPoS (delegated proof-of-stake), которая используется в Bitshares и Lisk, еще дальше отошла от идеалов децентрализации. В частности, в Bitshares в формировании блоков участвует всего 101 делегированный участник сети.

Альтернативный подход использует команда блокчейна Aeternity, в частности, для решения проблемы централизации управления параметрами системы и централизации майнинга.

Систему управления платформы можно назвать футархией — пользователи будут не просто голосовать за те или иные инициативы, а делать ставки с помощью имеющихся у них токенов платформы за счет использования встроенной в консенсус системы оракулов. Такая система прогнозирования считается одной из самых надежных — здесь не специалист формирует мнение о рынке, а сам рынок напрямую транслирует свои ожидания.

Этот рынок предсказаний будет использоваться для прогнозирования результатов тех или иных изменений и, благодаря законам рынка, сообщество должно всегда двигаться по пути наиболее выгодному для большинства.

В свою очередь протокол PoW “Cuckoo Cycle”, используемый Aeternity, также должен служить большей децентрализации. По оценкам создателей, этот вариант PoW-протокола пригоден для работы на практически любом устройстве. Ожидается, что успешно майнить AE-токены можно будет даже на обычных смартфонах.
Разработчики надеются, что это поможет Aeternity избежать проблем биткоина, где владельцы гигантских майнинг-ферм и пулов имеют слишком большое влияние на будущее сети.

Материал опубликован в рамках совместного спецпроекта ForkLog и Aeternity «Эволюция смарт-контрактов». С полным списком опубликованных материалов можно ознакомиться здесь.

Напомним, в понедельник, 29 мая, стартует второй раунд краудсейла платформы для смарт-контрактов Aeternity.