Що таке фінальність у блокчейні і чому це важливо?

Розуміння фінальності у блокчейні

Фінальність у блокчейні означає досягнення точки, коли транзакція стає постійною і незворотною. Як тільки транзакція досягає фінальності, вона закріплюється і не може бути змінена або скасована. Це критично важливо для підтримки довіри до блокчейн-систем, адже це гарантує безпеку транзакцій і незмінність записів.

Подумайте про фінальність блокчейну як про мокрий цемент. Коли ви тільки його заливаєте, ще можна щось змінити — пересунути його, змінити форму або навіть стерти відбиток. Але коли цемент твердіє, він стає “висіченим у камені”, і ніхто вже не може його змінити. Аналогічно, блокчейн-транзакція починається як “мокрий цемент” під час процесу підтвердження. Як тільки мережа досягає консенсусу і фінальності, ця транзакція стає “затверділою”, стаючи постійною і незмінною.

Існує два ключові типи фінальності: фінальність транзакції та фінальність стану. Фінальність транзакції означає момент, коли конкретна транзакція підтверджена і не може бути скасована. Наприклад, у Bitcoin транзакція зазвичай вважається фінальною після шести підтверджень — тобто шести нових блоків, доданих до ланцюга.

Фінальність стану, з іншого боку, фокусується на всьому стані блокчейну, забезпечуючи, щоб кожна частина системи відображала узгоджений стан, що є важливим для смарт-контрактів і децентралізованих застосунків (DApps).

Чи знали ви? Sei Network має один із найшвидших часів досягнення фінальності транзакцій — менше ніж 400 мілісекунд, завдяки своєму механізму консенсусу Twin-Turbo. Для порівняння, Bitcoin має один із найповільніших часів фінальності — транзакції зазвичай вважаються фінальними приблизно через 60 хвилин через його дизайн і процес підтвердження блоків.

Типи механізмів фінальності у блокчейні

Механізми фінальності блокчейну визначають, як і коли транзакції вважаються постійними. Ці механізми різняться залежно від використаних протоколів консенсусу. 

Ось основні типи:

Ймовірнісна фінальність

Ймовірнісна фінальність типова для систем proof-of-work (PoW), таких як Bitcoin. У цих мережах транзакції стають дедалі безпечнішими, оскільки до ланцюга додається більше блоків. Кожен новий блок підсилює дійсність попередніх транзакцій, роблячи надзвичайно складною можливість переписати історію блокчейну.

Уявіть собі укладення цегли для будівництва стіни. З кожною доданою цеглиною все важче прибрати або змінити нижні, не зруйнувавши всю конструкцію. Аналогічно, у системах PoW фінальність не є миттєвою, але стає дедалі більш ймовірною з часом, зазвичай після шести підтверджень.

Детерміністична фінальність

Детерміністична фінальність притаманна системам, які використовують алгоритми, стійкі до помилок Візантії (BFT), такі як Tendermint або Ripple. У таких мережах транзакції завершуються одразу після досягнення консенсусу між вузлами мережі. Немає періоду очікування — після досягнення консенсусу транзакція є незворотною.

Подумайте про це як про натискання кнопки SCRAM на панелі управління ядерного реактора. Рішення є чітким і остаточним у той самий момент, коли його прийнято, без місця для невизначеності. Це робить детерміністичну фінальність швидшою і ефективнішою, особливо для застосунків, яким потрібне миттєве підтвердження.

Економічна фінальність

Економічна фінальність є ключовою рисою систем proof-of-stake (PoS), де валідатори блокують криптовалюту як заставу (це називається стейкінгом). Якщо вони намагаються шахраювати або порушувати роботу мережі, вони втрачають свою заставу. Такий фінансовий ризик забезпечує чесну участь, адже економічно невигідно підривати роботу системи.

У PoS системах, таких як Ethereum (після Merge), фінальність досягається, коли дві третини валідаторів погоджуються на контрольну точку — блок, який визначає прогрес ланцюга. Після цього контрольна точка і всі попередні блоки фіналізуються й не можуть бути скасовані без величезних фінансових втрат для валідаторів.

Метафорично кажучи, як тільки валідатори дійшли згоди і “цемент” застиг, повертати основу назад неможливо. Спроба скасувати це означала б руйнування затверділої структури, що є надто коштовним і непрактичним.

Фінальність у популярних блокчейн-мережах

Різні блокчейни досягають фінальності транзакцій через унікальні механізми: Bitcoin використовує ймовірнісну фінальність, тоді як Ethereum, Ripple, Solana, Polkadot, Avalanche та Cardano застосовують різноманітні детерміністичні методи для надійного і ефективного підтвердження.

Детальніше:

• Bitcoin: Використовує ймовірнісну фінальність, де транзакції стають захищеними після шести підтверджень.
• Ethereum: Досягає економічної фінальності у PoS, фіналізуючи контрольні точки після погодження двох третин валідаторів.
• Ripple: Забезпечує детерміністичну фінальність через свій алгоритм консенсусу для майже миттєвого підтвердження.
• Solana: Використовує детерміністичну фінальність, поєднуючи PoS і proof-of-history (PoH) для швидких і безпечних транзакцій.
• Polkadot: Застосовує детерміністичну фінальність через механізм GRANDPA для миттєвої фіналізації блоків.
• Avalanche: Реалізує детерміністичну фінальність через свій протокол, фіналізуючи транзакції менше, ніж за секунду.
• Cardano: Застосовує детерміністичну фінальність через систему Ouroboros PoS для захисту транзакцій.

Ви, напевно, помітили, що детерміністична фінальність виділяється як фаворит. І це зрозуміло: як тільки транзакція підтверджується, вона стає одразу постійною та незворотною. Це означає, що не потрібно чекати додаткових підтверджень, що робить систему безпечнішою і зручнішою для використання.

Через це новітні блокчейни із технологіями, які підтримують вдосконалені механізми консенсусу, часто вибирають детерміністичну фінальність. Це природно підходить для швидких і надійних мереж.

Виклики та обмеження фінальності

Шлях до суперефективних блокчейнів із детерміністичною фінальністю був нелегким. Форки, затримки і загрози безпеці змусили розробників переглянути підходи до досягнення фінальності. Навіть зараз технологія не ідеальна. Ці виклики продовжують стимулювати інновації, сприяючи розвитку блокчейну.

Форки та реорганізації ланцюга

Форки, як у Bitcoin, розділяють блокчейн на конкуруючі версії, створюючи невизначеність до моменту вибору одного ланцюга. Це уповільнює фінальність і послаблює довіру. Для вирішення цієї проблеми нові блокчейни обирають детерміністичну фінальність, де блоки закріплюються одразу після досягнення консенсусу.

Наприклад, консенсусний механізм GRANDPA у Polkadot унеможливлює форки після завершення фіналізації. Однак детерміністичні системи також мають недоліки — вони потребують синхронізованих мереж і можуть бути вразливими до змови валідаторів або слабкостей управління.

Затримки мережі

Повільна комунікація між вузлами може затягувати досягнення консенсусу, особливо у системах із ймовірнісною або економічною фінальністю. Саме тому блокчейни, як Solana, застосовують proof-of-history (PoH), який ефективно впорядковує транзакції, скорочуючи затримки і пришвидшуючи фінальність.

Проте навіть детерміністичні системи стикаються з труднощами під час високого навантаження. Затримки можуть стати вузьким місцем продуктивності, показуючи, що навіть більш швидкі рішення не завжди легко масштабуються.

51%-атаки

У системах proof-of-work будь-хто, хто контролює 51% потужності майнінгу, може переписати історію транзакцій. Ця загроза змусила багато блокчейнів перейти до PoS і економічної фінальності. 

Системи, такі як Ethereum 2.0, фінансово карають нечесних валідаторів, роблячи атаки надто дорогими, щоб вони були варті зусиль.

Чи знали ви? У травні 2018 року Bitcoin Gold, форк Bitcoin, зазнав значної 51%-атаки, коли зловмисник контролював більшість потужності майнінгу мережі. Це дозволило йому виконати подвійне витрачання приблизно 388 000 BTG, що на той час дорівнювало близько 18 мільйонів доларів.

Детерміністична фінальність зменшує цей ризик, фіксуючи транзакції миттєво, але вона все ще покладається на економічні стимули. Без сильної системи управління недобросовісні учасники можуть впливати на систему.

Чому навіть детерміністична фінальність є недостатньою

Детерміністична фінальність вирішує багато проблем, але це не фінальне рішення. Масштабованість, завантаженість мережі і взаємодія між блокчейнами створюють нові перешкоди. З розвитком взаємопов’язності блокчейнів інновації, такі як протоколи комунікації між ланцюгами і кращі алгоритми консенсусу, формуватимуть наступний етап фінальності.

Пошук ідеальної фінальності триває, відкриваючи нові виклики на кожному кроці вперед.

Чи знали ви? Виклики фінальності блокчейну розширюються і на регуляторну сферу. Наприклад, закони про захист даних, як-от положення Європейського Союзу «про право бути забутим», конфліктують із незмінністю блокчейну, що ускладнює зміну або видалення записаних даних.

Порівняння традиційних систем і фінальності блокчейну

Традиційні системи ґрунтуються на централізованому контролі, тоді як блокчейн забезпечує постійність і довіру до транзакцій завдяки децентралізації.

Традиційні фінансові системи

У традиційній фінансовій системі централізовані органи, як-от банки або клірингові компанії, підтверджують транзакції. Ці органи можуть іноді скасовувати транзакції у разі виникнення проблем, забезпечуючи певну страховку, проте створюють можливість затримок і невизначеностей.

Системи блокчейну

Технологія блокчейну діє інакше. Вона використовує децентралізовані механізми консенсусу для підтвердження транзакцій, прагнучи до незмінності. Як тільки транзакція підтверджується у блокчейні, вона створена, щоб бути постійною і захищеною від змін, що усуває потребу у центральних посередниках.

Майбутнє фінальності у блокчейні

Фінальність у блокчейні розвивається завдяки інноваціям, таким як односекційна фінальність Ethereum, рішення другого рівня і міжланцюгові протоколи, прокладаючи шлях для швидших, масштабованих і сумісних мереж.

Як ви дослідили, фінальність у блокчейні пройшла довгий шлях, але роботи ще багато. Завдяки нововведенням, як-от прагнення Ethereum до односекційної фінальності, блоки планується фіналізувати протягом одного часового проміжку, що покращує швидкість і безпеку транзакцій.

Рішення другого рівня, такі як оптимістичні ролапи і ролапи на основі доказів із нульовим розголошенням, розробляються для підвищення масштабованості і скорочення часу досягнення фінальності, дозволяючи ефективніше обробляти транзакції.

Крім того, зусилля щодо забезпечення взаємодії між різними блокчейнами є важливими для безшовної взаємодії, а дослідження зосереджено на протоколах комунікації між ланцюгами для полегшення цієї інтеграції. 

Коротко кажучи, прориви були значними, але попереду ще багато роботи для майбутнього фінальності у блокчейні.