Dezentralisierung: Ein großes Problem für Blockchain

Hallo Habr! Ich präsentiere Ihnen die Übersetzung des Artikels "Dezentralisierung: Das große Problem für Blockchain".



Dezentralisierung ist eines der Schlüsselwörter der Blockchain-Technologie: Unternehmen und Websites sind erschienen, die dieses Wort in ihren Namen aufnehmen.

Die Dezentralisierung wurde als das fortschrittlichste Fintech-Feature angepriesen. Die Abkürzung DLT (Decentralized Ledger Technology) ist in der autorisierten Fintech-Umgebung zum Synonym für Blockchain geworden.

Nur wenige Menschen erkennen, dass Dezentralisierung ein Problem für sich ist und die Blockchain-Technologie seit vielen Jahren eingestellt ist.

Lassen Sie mich erklären:

In den 1960er Jahren wurden Computersysteme zentralisiert oder als Sternnetzwerktopologie konfiguriert. Erst in den frühen 1970er Jahren wurde die Notwendigkeit, Computer mehrerer Hersteller anzuschließen, dringend.

Zu dieser Zeit waren die Knoten mehrerer bestehender Kommunikationsnetze hierarchisch organisiert, aber von Anfang an wurden die Protokolle, die in den Knoten von ARPA, RPCNET, PISA und anderen innovativen Netzwerken vor dem Internet implementiert waren, mit der allgemeinen Idee entwickelt, dass der zentrale Knoten oder die zentrale Behörde kontrollieren sollte. Verwalten, das Zentrum sein oder das Netzwerk besitzen.

Mit anderen Worten, wir wussten, dass ein zentrales mehrstufiges Sternennetzwerk mit seinen inhärenten Engpässen in den 1970er Jahren nicht einmal die Bedürfnisse von Tausenden von Benutzern befriedigen konnte. Wir haben auch vorgeschlagen, das Problem zu verringern, aber nicht zu lösen, indem die Anzahl der durch die Dezentralisierung verursachten Engpässe verringert wird. Wir wussten, dass eine Lösung ein verteiltes Peer-to-Peer-Modell verwenden sollte.

Da viele Organisationen an der Bereitstellung von Knoten, Kanälen sowie unzuverlässiger Hardware und Software beteiligt sein werden, gingen wir davon aus, dass das Netzwerk unzuverlässig ist. Wir wussten nicht, wie ein konsistenter Datensatz oder sogar eine einzelne Transaktion in mehreren Datenbanken über ein nicht vertrauenswürdiges Netzwerk unterstützt werden kann, wenn ein Knoten eine Nachricht oder in der Fintech-Terminologie eine Finanztransaktion generieren kann. Das Problem wurde durch die Anwesenheit böswilliger Spieler weiter verschärft.

Warum die Blockchain-Technologie die Dezentralisierung behindert

Im Allgemeinen erkennen wir an, dass ein Netzwerk dezentralisiert ist, wenn die Netzwerkverwaltung von einer Teilmenge von Netzwerkknoten gemeinsam genutzt wird.

Ein Netzwerk wird verteilt, wenn alle Knoten die Verantwortlichkeiten gleichermaßen teilen und dieselbe Knotensoftware ausführen.

Dezentrale (erlaubte und führerbasierte) Netzwerke waren häufig Erweiterungen zentraler Netzwerke, die sich aus Anwendungsanforderungen ergaben, beispielsweise in der Fintech-Branche.

Die Blockchain-Netzwerksoftware (grundlegende Systemsoftware) sollte nicht gemäß den Anforderungen der Anwendung entwickelt werden, da sie sich ändern wird. Wir haben die Netzwerkvorgänger des Internets und des Internets selbst nicht ausschließlich auf der Grundlage der Anforderungen der Anwendungen der 1970er Jahre entworfen. Wir konnten nicht vorhersagen, welche Branchen sich aufgrund der Fähigkeit zum globalen Informationsaustausch entwickeln werden.

Ebenso sollte das Blockchain-Kernnetzwerk so allgemein, flexibel und skalierbar wie möglich sein. Berechtigungen, Client-Server- und private Netzwerkanforderungen können dann als Sonderfälle eines verteilten Netzwerks betrachtet werden, beispielsweise unter Verwendung des Konzepts virtueller privater Blockchain-Netzwerke.



Verteilte Netzwerke sind eher unabhängig von einer bestimmten physischen Struktur. Knoten können dynamisch miteinander verbunden werden, und es können zufällige Verbindungsverfahren verwendet werden. In verteilten Netzwerken implementierte Konsenslösungen können ebenfalls ungültig sein, von der Mehrheit verwaltet und rekursiv.

Die Verteilung und nicht die Dezentralisierung sollte das Hauptziel des Kryptowährungsdesigns sein.

Warum wir versagt haben

Das Versäumnis, verteilte Konsensvereinbarungen zu prüfen, ist teilweise auf die Formulierung des Problems der byzantinischen Generäle von 1982 zurückzuführen, die modelliert, wie die Informationsintegrität in einer unzuverlässigen Umgebung aufrechterhalten werden kann. Das Problem der byzantinischen Generäle wird seit mehr als dreißig Jahren von Forschern untersucht.



Die Analogie mehrerer alliierter Armeedivisionen, die die belagerte Stadt besetzten, deutete darauf hin, dass niemandem auf dem Feld vertraut werden konnte, um eine Nachricht zu übermitteln, und dass einigen Generälen selbst bei der Erteilung des Befehls nicht vertraut werden konnte.

Der Wortlaut der Armee-Analogie implizierte jedoch die Anwesenheit von mindestens zwei Klassen von Truppen: Generäle und Soldaten.

Dann beschränkten einige Leute ihr Denken auf einen spezifischeren Fall, als die Generäle Befehle gaben, die an andere Generäle übertragen und vor Eingriffen durch Eindringlinge oder Verräter geschützt werden mussten.

Letztendlich führte dieser Ansatz zu einer begrenzten Definition des Konsensproblems.



Leader-basierte Konsensmodelle wie Paxos und Raft wurden an Universitäten unterrichtet und von Blockchain-Netzwerkentwicklern als Modelle verwendet.

Infolgedessen konzentrierten sich die praktischen Lösungen für das Problem der byzantinischen Generäle auf verschiedene Methoden zur Auswahl eines Führungsknotens, der einen Block verifizierter Informationen an alle anderen Knoten senden würde, anstatt zu versuchen, einen Konsens über den Inhalt des Blocks zu erzielen.

Fehlendes Ziel

Ein Konsens darüber, welcher Knoten der derzeitige Leiter sein soll, löst das Vertrauensproblem nicht. Dem aktuellen Anführer muss vertraut werden. Er muss die Arbeit erledigen, um die Blöcke auf faire Weise zu überprüfen und zusammenzubauen.

Auf der Grundlage der aktuellen Konsensprotokolle muss der Leiter daher eine gewisse Autorität erteilen: Arbeitsnachweis, Einsatznachweis, Fähigkeitsnachweis oder Nachweis von etwas anderem.

Diese „Beweise“ garantieren nichts anderes als das persönliche Interesse, das die führenden Websites (oder Websites, die führende Websites sein möchten) am Netzwerk haben können: Je mehr Interesse sie gewinnen, desto weniger sind sie bereit, ihre Einkommensform zu zerstören.

Dieser "Beweis" stellt sicher, dass potenzielle Führungskräfte Autorität haben, garantiert jedoch nicht, dass die im Block gesammelten Informationen korrekt sind oder von den meisten Knoten überprüft wurden.

Wir haben mehr als 60 Lösungsvorschläge gesehen, die auf Führungsmodellen für verschiedene Blockchain-Implementierungen basieren. Sie leiden unter einem häufigen Fehler: Ein Knoten entscheidet, was jeder andere Knoten in der Blockchain speichert. Das Ergebnis ist fast das Gegenteil von dem, was erforderlich ist.

Zusammenfassung der auf Leader-Protokollen basierenden Mängel

Leader-basierte Protokolle haben die folgenden Nachteile:

• Sie lösen das Problem des Vertrauens nicht. Der Führungsknoten kann absichtlich oder nicht absichtlich fehlerhafte Daten in den Informationsblock eingeben.
• Die Auszeichnungen, die mit der Überprüfung und Montage der Blöcke verbunden sind, schaffen einen Anreiz für die Knoten, um Auszeichnungen zu konkurrieren und Führungspositionen einzunehmen. Dieser Anreiz führt tendenziell zu einer speziellen Klasse von Knoten. Das Netzwerk wird zu einem dezentralen Netzwerk. Zum Beispiel begann Bitcoin als ein Netzwerk von Partnern, in dem jeder Knoten Transaktionen überprüfen und um eine Belohnung kämpfen konnte. Heute ist es ein Netzwerk von zwei Klassen (Bergleute und Benutzer), das von den Eigentümern großer Pools verwaltet wird.
• Wenn eine Blockanordnung auf einen Knoten übertragen wird, wird eine der Grundanforderungen der Konsens-Theorie ungültig: Die Vereinbarung basiert nicht auf dem Mehrheitskonsens darüber, welche Informationen in der Blockchain gespeichert werden. Die einzige erzielte Einigung ist die Methode zur Auswahl des Führungsknotens.
• Ein Engpass oder ein einzelner Fehlerpunkt wird eingeführt: Ein Knoten muss einen Block an jeden anderen Knoten senden.
• Effizienz ist nicht die beste: Große Datenblöcke sind anfälliger für Übertragungsfehler und die erneute Übertragung von Paketen maximaler Größe.
• Die Redundanz beträgt fast 100%: Jede im Block enthaltene Transaktion wurde bereits von jedem Knoten separat empfangen, als die Transaktion ursprünglich abgeschlossen wurde.

Beste Analogie

Wenn wir über die Analogie mit dem Problem nachdenken, in einer unorganisierten und unzuverlässigen Umgebung eine gemeinsame Lösung zu finden, könnten wir die Armee-Analogie ohne Ränge verwenden, aber sie wäre nicht sehr intuitiv.

Eine bessere Analogie wäre die Bestimmung des täglichen Schlusskurses der Börse. Durch diese Analogie bestimmen viele Käufer und Verkäufer den täglichen Schlusskurs von Aktien nach dem stochastischen Verfahren, ohne einen bestimmten Entscheidungsträger für irgendjemanden zu haben.

Es gibt keine „richtige“ Antwort auf den Aktienkurs an der Börse, sondern nur einen vereinbarten täglichen Schlusskurs.



In ähnlicher Weise können in einem Block mehrere Variablen, wie beispielsweise die Reihenfolge der Transaktionen, die endgültige Zusammensetzung des Blocks bestimmen. Es gibt keine „richtige“ Zusammensetzung von Blöcken, nur eine, mit der Knoten konsistent sind.

Konsensprotokolle, die auf einer verteilten Analogie basieren, könnten den Trend zur Zentralisierung und die Notwendigkeit von Zwischenknoten vermeiden, die für führerbasierte Protokolle typisch sind.

Beispiele für Netzwerkintermediäre:

• Bergleute, Hersteller oder Vorgesetzte, die freiwillig an der Bereitstellung von Netzwerkdiensten teilnehmen oder daran beteiligt sind,
• Spezielle Knoten von Verbundsystemen, die am Erfolg des Netzwerks interessiert sind,
• Mit einigen Kriterien für die Netzwerkverwaltung ausgewählte Knoten,
• Knoten, die vertrauenswürdigen Unternehmen oder Institutionen gehören
• Spezielle Akteure wie zentralisierte Geldwechsel, die Benutzergeldbörsen besitzen.

Was ist los mit Vermittlern?

Zunächst ist es eine Frage der Kosten: Wenn Vermittler nützliche Arbeit leisten, beispielsweise Transaktionen überprüfen, müssen sie belohnt werden.

Dies ist auch eine Vertrauenssache: Kunden, die ein Netzwerk mit Vermittlern verwenden, müssen vertrauen:

• Dass der Vermittler bestimmten Benutzern oder Transaktionen keinen Vorzug gibt,
• Dass der Vermittler nicht vom Angreifer gefangen genommen wurde oder wird,
• Dass das zwischengeschaltete System nicht heruntergefahren wird, keinen DoS-Angriff, Systemausfall oder einem anderen Grund ausgesetzt ist, der Client-Transaktionen beeinflusst oder verzögert,
• Systemsoftware und Zwischendaten sind zuverlässig, sodass Datenintegrität und -sicherheit gewährleistet sind.
• Dass sie wirklich mit einem vertrauenswürdigen System verbunden sind und nicht mit einem Nachahmer (zum Beispiel mit einem anderen System, das behauptet, ein vertrauenswürdiger Vermittler zu sein), und
• Dass kein anderes unvorhersehbares Ereignis eintreten wird. Kürzlich ist beispielsweise der Eigentümer der kanadischen Wechselstube Quadriga gestorben oder verschwunden. Infolgedessen fehlen Kundengelder in Millionenhöhe.

Schließlich geht es um die Verfügbarkeit von Daten. Wenn das Netzwerk über eine privilegierte oder eingeschränkte Klasse von Knoten verfügt, die die Blockchain steuern, haben die meisten Knoten keinen sofortigen Zugriff auf das aktuelle Blockchain-Replikat. Dies kann die Entwicklung von Echtzeitanwendungen wie automatisierten Handelsanwendungen beeinträchtigen.

Ist es zu spät, das Konsensmodell in der Blockchain zu ändern?

Die meisten Experten werden Ihnen sagen, dass die Hauptfunktion der ausgehandelten Protokolle darin besteht, die Netzwerksicherheit aufrechtzuerhalten. Diese Ansicht vermischt zwei Probleme. Sicherheit ist notwendig, aber dies ist eine völlig andere Anforderung, die auf andere Weise gelöst werden kann.

Viele Entwickler sind jedoch der Meinung, dass Konsens die Auswahl eines Leiters bedeutet und dass Konsens notwendig ist, um die Sicherheit aufrechtzuerhalten.

Wenn wir rückblickend über eine besser verteilte Analogie nachdenken, könnte die Studie in eine andere Richtung gehen und stochastische Ansätze bieten und uns zu einer früheren Entwicklung besser verteilter Lösungen ohne Zwischenhändler führen.

Dies ist ein Bildungsproblem, kein technisches Problem. Die meisten Forscher, Berater und Experten für Kryptonetzwerke besitzen alle Details zu PoW, PoS, DPoS und Dutzenden von Alternativen, die auf demselben führerbasierten Modell basieren.

Diese wenigen Lösungen, die nicht auf Führungskräften basieren, sind keine Blockchain-Lösungen: Dies sind Lösungen, bei denen jede Transaktion separat verarbeitet wird.

Andererseits verstehen die meisten Menschen und 95% der Unternehmen laut einer kürzlich durchgeführten Umfrage das Potenzial der Blockchain-Technologie.

Der Übergang von einem dezentralen zu einem verteilten Modell ist dringend erforderlich, um das wahre Potenzial der Blockchain auszuschöpfen, Skalierbarkeitsprobleme zu lösen und die Blockchain auf jedem Benutzergerät ohne Zwischenhändler auszuführen.