Що таке фінальність у блокчейні та чому це важливо?
Розуміння фінальності у блокчейні
Фінальність у блокчейні означає незмінне підтвердження транзакції або блоку транзакцій.
У традиційних фінансових системах, як тільки транзакція підтверджена, її неможливо скасувати. Аналогічно, досягнення фінальності у блокчейн-мережі гарантує, що транзакція є постійною і не може бути змінена після її додавання до блокчейну. Ця концепція є критично важливою для забезпечення безпеки та автентичності блокчейну.
Фінальність досягається за допомогою консенсусу в мережі блокчейну. Різні блокчейн-мережі використовують різноманітні алгоритми консенсусу, кожен з яких має власні методи валідації транзакцій і забезпечення фінальності, наприклад, proof-of-work (PoW), proof-of-stake (PoS) або practical Byzantine fault tolerance (практична візантійська відмовостійкість).
Типи фінальності у блокчейні
Фінальність у блокчейні може бути ймовірнісною, економічною, миттєвою, безумовною або такою, що стосується цілісного стану блокчейну.
У контексті блокчейну існує кілька типів фінальності, кожен з яких описує певний рівень впевненості та незворотності щодо транзакцій і блоків. Основні типи фінальності на блокчейні такі:
Ймовірнісна фінальність
Фінальність є ймовірнісною у більшості блокчейн-систем, особливо тих, що використовують PoW-консенсус, як, наприклад, Bitcoin. Імовірність відкату транзакції зменшується експоненційно після додавання блоків до підтвердженої транзакції.
Економічна фінальність
Концепція економічної фінальності часто асоціюється з PoS-системами. Транзакція вважається остаточною з точки зору економічної фінальності, якщо її відкат є фінансово невигідним. У PoS-мережах валідаторам або вузлам необхідно надавати ставку як заставу у вигляді певної кількості криптовалюти. Якщо вони підтверджують помилкові транзакції, вони ризикують втратити свою ставку, що робить економічно нелогічним діяти шкідливо.
Миттєва фінальність
Мережа Ripple забезпечує майже миттєву фінальність, гарантує, що як тільки транзакція записана до реєстру, вона одразу підтверджується і стає незворотною. Транзакції тут валідовані 150 валідаторами. Ці валідатори можуть отримати місце в Унікальному списку вузлів Ripple, який включає 35 валідаторів.
Безумовна фінальність
Коли транзакція підтверджена, вона вважається повністю та безумовно остаточною. У жодному разі така транзакція не може бути скасована. Досягти безумовної фінальності може бути дуже складно, і це часто вимагає високого рівня централізації або унікального методу консенсусу.
Фінальність стану
У деяких блокчейн-системах фінальність стосується цілісного стану блокчейну, а не лише транзакцій. Перехід стану (зміна стану блокчейну, наприклад, транзакція чи виконання смартконтракту) не може бути змінений або скасований після його завершення. Це важливо для програм, таких як смартконтракти, де точність усього стану програми має вирішальне значення.
Чому фінальність важлива у блокчейні
Фінальність у блокчейні забезпечує необхідну впевненість у дійсності та постійності транзакцій, роблячи її основоположною концепцією для надійності та функціональності технології.
Фінальність забезпечує високий рівень безпеки та довіри до системи, гарантує, що як тільки транзакція підтверджена, її не можна змінити чи скасувати. Перевіряючи, що транзакція є легітимною та записаною на блокчейні, фінальність запобігає проблемі подвійного витрачання, коли той самий цифровий актив може бути використаний більше одного разу.
Наприклад, подвійне витрачання може статися, якщо хтось має один Bitcoin і намагається надіслати його у двох різних транзакціях двом різним отримувачам. Блокчейн-технологія запобігає цьому завдяки фінальності. Як тільки транзакція підтверджена та записана у блокчейн, цифровий актив вважається витраченим і не може бути використаний у наступних транзакціях.
Фінальність є важливою у контексті смартконтрактів. Смартконтракти — це само виконуваний код, який безпосередньо втілює деталі угоди між покупцем і продавцем. Фінальність гарантує, що результати цих контрактів є детермінованими та незмінними.
Крім того, фінальність забезпечує безпеку і надійність дій у децентралізованих додатках (DApps). Вона гарантує, що рішення та транзакції, виконані в межах цих додатків, незмінні й остаточні. Блокчейн також розвиває довіру серед користувачів і членів мережі, роблячи транзакції фінальними. Усвідомлення того, що транзакції є неповоротними, підвищує довіру до системи з боку користувачів.
Виклики у досягненні фінальності у блокчейні
Проблеми, такі як форк мережі, затримка даних, вразливості смартконтрактів та атаки 51% заважать блокчейн-транзакціям досягти фінальності.
Форк відбувається, коли блокчейн розділяється на декілька шляхів, утворюючи різні версії історії транзакцій. Ця розбіжність кидає виклик методу консенсусу, ускладнюючи визначення, яка версія є легітимною, і затримує фінальність.
Наприклад, жорсткі форки можуть виникнути через розбіжності серед спільноти або розробників щодо оновлень протоколу. Поки питання не буде вирішено, різні фракції можуть продовжувати підтримувати PoW-блокчейни, що призводить до відсутності фінальності.
Затримки в мережі, або уповільнена передача даних між вузлами, також ускладнюють ситуацію. Повільний зв’язок у мережі може викликати помилки у порядку транзакцій та їх валідації, затримуючи розповсюдження інформації про транзакції по мережі.
Крім того, вразливості смартконтрактів можуть призводити до несподіваної поведінки, дозволяючи зловмисникам скасувати транзакції. Подібно до цього, якщо суб’єкт має більш ніж 50% обчислювальної потужності мережі PoW, він може змінити історію блокчейну та скасувати транзакції. Це підриває фінальність і безпеку.
Через ці проблеми цілісність блокчейну ставиться під загрозу, через що розробникам необхідно впроваджувати потужні алгоритми консенсусу та ефективні мережеві протоколи для зменшення форк- і латентності, а також забезпечення своєчасної і безпечної фінальності транзакцій.
Методи та алгоритми консенсусу для покращення фінальності
Довші періоди підтвердження, багаторазові перевірки та передові алгоритми безпеки, такі як Algorand Pure PoS, делегований PoS (DPoS) та HoneyBadgerBFT, можуть покращити фінальність блокчейну.
Один із підходів включає довші періоди підтвердження, які дозволяють здійснити більше перевірок перед тим, як транзакція буде вважатися остаточною. Подовження часу досягнення консенсусу значно збільшує ймовірність того, що транзакція буде визнана дійсною та незворотною.
Крім того, використання методу багаторазових підтверджень, коли транзакції перевіряються багатьма вузлами або валідаторами, забезпечує додатковий рівень безпеки, сприяючи ширшому консенсусу та зменшуючи ймовірність помилок або зловмисних атак.
Інноваційні алгоритми консенсусу, такі як Pure PoS від Algorand, DPoS та HoneyBadgerBFT, значно змінили галузь. Algorand використовує комбінований підхід PoS зі згодою за протоколом Byzantine, гарантуючи швидку та незворотну фінальність транзакцій.
Застосування репутаційно-орієнтованої системи, де невелика група надійних делегатів перевіряє транзакції, дозволяє DPoS підвищувати ефективність мережі та фінальність. Подібно до цього, алгоритм HoneyBadgerBFT вдосконалює фінальність і безпеку навіть за наявності шкідливих вузлів або затримок у мережі.
Майбутні тенденції та розробки у досягненні швидшої та надійнішої фінальності
Загалом, необхідний міждисциплінарний підхід, який включає різні методи консенсусу, передові алгоритми шифрування та покращену взаємодію, щоб у майбутньому досягти швидшої та надійнішої фінальності.
Впровадження моделей гібридного консенсусу є однією з таких тенденцій. Вони поєднують переваги різних алгоритмів консенсусу, щоб покращити масштабованість та продуктивність, зберігаючи при цьому високу безпеку. Проєкти також експериментують з PoS-методами, оскільки вони суттєво менш енерговитратні, ніж PoW, і дозволяють пришвидшити час підтвердження транзакцій.
Також зростає інтерес до передових криптографічних методів, таких як нульове розголошення (zero-knowledge) та технологій поділу (шардінг). Zero-knowledge-докази покращують ефективність і конфіденційність, дозволяючи учасникам перевіряти транзакції без розкриття конфіденційної інформації. Шардінг, метод розділення блокчейна на менші, простіші для управління частини, зменшує обчислювальне навантаження на вузли і прискорює обробку транзакцій.
Розвиток квантових обчислень може зробити існуючі методи шифрування застарілими, створюючи потребу у квантово-стійких алгоритмах. Щоб захистити фінальність транзакцій від квантових загроз, блокчейн-мережі активно досліджують стійкі до квантових атак криптографічні рішення.
Ще одним напрямком є інтеграція між різними блокчейнами. Завдяки таким протоколам, як Polkadot і Cosmos, транзакції між мережами можна виконувати швидко і безперешкодно. Це підсилює загальну ефективність блокчейн-систем, забезпечуючи швидшу та надійнішу фінальність.
