ELVES: pasakų dulkės, dėl kurių Polkadot keičiasi
Mitologijoje elfai nuo seno žinomi kaip efektyvumo, saugumo ir harmonijos simboliai. „Polkadot“ ir „Kusama“ taip pat turi savo ELVES – pagrindinį protokolą, kurį sukūrė „Web3 Foundation“ tyrimų komanda, kad padėtų abiem „blockchain“ tinklams pasiekti didesnį saugumą ir mastelį. Šiuo tinklaraščio įrašu siekiama pristatyti protokolą, paaiškinti, kaip jis veikia, ir apibūdinti didžiausią naudą vartotojams.
Pagrindai
Blockchain protokolą paprastai sudaro mazgų tinklas, paprastai nuo šimtų iki tūkstančių. Kiekvienas mazgas atsisiunčia ir patikrina kiekvieną operacijų bloką prieš dalyvaudamas daugumos sprendimu jas užbaigti. Procesas užtikrina blokų grandinės saugumą, darant prielaidą, kad bent du trečdaliai mazgų veikia tinkamai. Ir net jei iki maždaug trisdešimties procentų mazgų sugenda arba jie yra nulaužti, blokų grandinė išlieka saugi. Remiantis šia prielaida, dėmesys perkeliamas į „Proof-of-stake“ (PoS) nustatymą ir atitinkamai į Polkadot ir Kusama kriptoekonominį saugumą.
Mastelio keitimo dilema
Vienas iš pagrindinių blokų grandinės apsaugos trūkumų, kaip aprašyta aukščiau, yra tai, kad tai riboja mastelį. Procesas greitai tampa neefektyvus, nes kiekvienas mazgas turi patikrinti kiekvieną bloką. Tačiau decentralizacija ir saugumas reikalauja išlaikyti daug mazgų. Tai sukuria dilemą, nes sistemos mastelio keitimas galiausiai priklauso nuo mažiausios talpos mazgų pralaidumo.
Polkadot architektūra gelbsti dieną
Lygiagretumas ir duomenų skaidymas, didelių duomenų rinkinių suskaidymas į mažesnes ir lengviau valdomas dalis, yra esminiai dalykai sprendžiant mastelio keitimo problemas. „Web2“ labai priklauso nuo duomenų skaidymo, kad galėtų apdoroti duomenų kiekius ir vartotojų užklausas. Kaip pagrindinė architektūros strategija, ji leidžia sistemoms aptarnauti vartotojus visame pasaulyje su maža delsa ir dideliu pasiekiamumu. Tie patys principai taip pat yra neatsiejami nuo „Polkadot“ architektūros, kuri nuo pat pradžių buvo sukurta siekiant didesnio mastelio.
„Polkadot“ konfigūracijoje tikrintuvai neapdoroja kiekvienos operacijos, kitaip nei daugelyje kitų blokų grandinių. Jie nevykdo kiekvienos operacijos ir jų visų neatsisiunčia, sutaupydami daug pralaidumo. Šis efektyvumas pasiekiamas taikant dviejų pakopų dizainą: operacijos pateikiamos parachainams (2 sluoksnio grandinėms), o parachain blokus tada perduoda perdavimo grandinė (1 sluoksnis), kur jie galiausiai užbaigiami ir apsaugomi. Nors BABE įgalina blokų gamybą, o GRANDPA užbaigia grandinę perdavimo grandinės lygiu (1 sluoksnis), kiekvienas tikrintuvas vis tiek turi atsisiųsti ir vykdyti perdavimo grandinės blokus. Tokiomis sąlygomis, kai mažiau nei trečdalis tikrintojų tikrina kiekvieno bloko galiojimą, kyla klausimas: kaip vis tiek galima užtikrinti kriptoekonominį saugumą?
ELVŲ vaidmuo
ELVES, Polkadot protokolas, leidžia patikimai ir efektyviai perkelti parachain blokus nuo sukūrimo iki įtraukimo. Tai leidžia paragrandinėms veikti lygiagrečiai išlaikant tvirtas saugumo garantijas, o tai reiškia tinklo mastelio keitimą nepažeidžiant saugumo.
Toliau pateiktoje iliustracijoje parodyta keturių fazių ELVES protokolo schema, apibūdinanti paragrandinės bloko B patvirtinimo procesą. Šiame pavyzdyje iš viso dalyvauja dešimt tikrintojų. Tikrintojai (v1, v2, v3), kurie yra priskirti prie grandinės, dalyvauja 1 ir 2 fazėse, o visi tikrintojai (v1,…, v10) dalyvauja 3 ir 4 fazėse.
- 1 fazė. Trys tikrintuvai (v1, v2, v3), priskirti parachain, gauna bloką.
- 2 fazė. Šios tikrintojai patikrinkite gauto parachain bloko galiojimą ir nuspręskite, ar jį paremti (ty garantuoti jo galiojimą). Vaizde v1 ir v2 patvirtinimo priemonės nusprendžia grąžinti bloką B.
- 3 etapas. Tada blokas padalijamas (ištrynimo kodu) į „gabalėlius“, kurie vėliau siunčiami visiems tikrintojams. Kiekvienas tikrintojas pripažįsta gautas dalis. Taip užtikrinama, kad visi tikrintojai turėtų prieigą prie bloko, kad vėliau galėtų dar kartą patikrinti jo galiojimą. Šiame etape pasiekiamumas garantuojamas.
- 4 etapas užtikrina, kad 1 fazės parachain tikrintuvai nepasielgė netinkamai. Atsitiktinai parinktas visų tikrintuvų poaibis, pvz., v5, v8, v10 vaizde ir kas ankstesniame etape gavo bloko dalis, atkuria bloką, patikrina jo galiojimą ir patvirtina pagrindą (garantija, kurią 2 fazėje suteikė parachain tikrintuvai, pvz., v1 ir v2). Šiame etape galiojimas garantuojamas.
Nors šiame pavyzdyje kiekvienai paragrandinei priskirti trys tikrintuvai, iš tikrųjų bendras tikrintuvų skaičius yra daug didesnis, maždaug 600 Polkadot ir 1 000 Kusama.
„Web3 Foundation“ sukurtas ELVES protokolas yra mastelio keitimo sprendimas, subalansuojantis saugumą, decentralizavimą ir mastelį, todėl atakos prieš „Polkadot“ yra labai brangios. Tai taip pat sumažina tikrintuvų skaičiavimo apkrovą, išlaikant aukštą saugumo lygį.
Kaip ELVES sumažina tikrintojų skaičiavimo galią?
ELVES sumažina skaičiavimo galią, leisdama nedideliam mazgų pogrupiui patvirtinti kiekvieną bloką. Pasirinkus šį atsitiktinį pakankamo dydžio poaibį ir apibrėžti, kaip jis nustato bloko galiojimą, yra pirmieji žingsniai siekiant sumažinti bendrą skaičiavimo poreikį.
Jei pasirinktame pogrupyje yra sąžiningų partijų dauguma, blokas gali būti patvirtintas paprastu balsavimu. Tačiau norint užtikrinti, kad atsitiktinis poaibis apimtų daugumą sąžiningų mazgų, poaibis turi būti gana didelis. Konkretūs skaičiavimai rodo, kad tokiam atsitiktiniam pogrupiui vis tiek reikėtų kelių šimtų mazgų, todėl jis būtų brangus.
ELVES pagerina efektyvumą, reikalaudama, kad visi atsitiktinio komiteto mazgai patvirtintų patvirtintą bloką. Dėl to saugumui užtikrinti pakanka net vieno sąžiningo mazgo buvimo poaibyje. Be to, ELVES su pakankama tikimybe garantuoja, kad pradinis atsitiktinis poaibis apima sąžiningą mazgą. Tai taip pat priklauso nuo ekonominio saugumo, nes mazgai turi pateikti užstatą, įdėdami tikrą „odą į žaidimą“.
Procesas prasideda pasirenkant labai mažą pradinį atsitiktinį poaibį. Jei kai kurie komiteto nariai neatvyksta, palaipsniui pridedami papildomi nariai. Ir jei pakankamai narių vis tiek nedalyvauja, visas rinkinys galiausiai patvirtina bloką. Kadangi kelis blokus galima patvirtinti lygiagrečiai, o priešas vienu metu gali išplėsti tik kelis poaibius, dauguma blokų patvirtina santykinai mažo dydžio poaibius. Šis mechanizmas užtikrina, kad jei patvirtinimo poaibyje atsiranda prieštaravimų, sugadintas mazgas praras savo indėlį.
Vidutiniškai šiam metodui reikia tik apie 80 mazgų, o šis skaičius gali būti dar mažesnis optimistiniais atvejais, pavyzdžiui, kai sistema nepuolama. Dėl to naudojant ELVES sutaupoma daugiau nei 90 % skaičiavimo galios, palyginti su tuo, kad visi tikrintuvai tikrina kiekvieną bloką. Kai kuriais atvejais sutaupoma iki 97%.
Kaip ELVES yra įdiegtas?
ELVES buvo dislokuotas Polkadot ir Kusama nuo 2020–2021 m. Visai neseniai Web3 Foundation komanda pademonstravo savo saugumą tam skirtame dokumente. Tyrimas rodo, kad protokolas išlieka saugus, jei kiekvienam parachain blokui iš pradžių pasirenkami 25 patvirtinimo tikrintojai, todėl tikimasi apie 17 sąžiningų tikrintojų. Tai galioja, nes tuo metu, kai parachain tikrintojai grąžina bloką, dar nėra žinoma, kurie tikrintojai bus pasirinkti atsitiktinai, o tai reiškia, kad priešas negali numatyti, kiek patvirtinimo tikrintojų bus sąžiningi. 3 fazės patvirtinimo tikrintuvai turi būti parenkami po to, kai parachain tikrintuvai palaiko bloką. Be to, ELVES koreguoja patvirtinimui reikalingų tikrintuvų skaičių, kai mazgai nepasiekiami, užtikrinant ir mastelį, ir didelį Polkadot atsparumą.
ELVES indėlis į Polkadot ekonominį atsparumą
Dėl ELVES protokolo konstrukcijos bet kokia ekonominė ataka prieš Polkadot yra labai brangi, nes kad ataka įvyktų, užpuolikas turi įsipareigoti piktavališkai elgtis, pvz., palaikyti netinkamą bloką. Tai turėtų įvykti dar prieš žinant, kurie tikrintojai bus atsitiktinai atrinkti jų veiksmams patikrinti. Kadangi dauguma tikrintojų tikriausiai yra sąžiningi, tikimybė, kad joks sąžiningas mazgas neaptiks atakos, yra beveik lygi nuliui. Todėl laukiama atakos vertė, apibrėžiama kaip potencialus atsipirkimas, padaugintas iš sėkmės tikimybės, yra nereikšminga.
Nors potenciali nauda iš atakos gali siekti milijonus dolerių, tikimybė, kad ji nebus pastebėta, yra artima nuliui. Dėl to toks bandymas yra ekonomiškai neracionalus, nes ataka turėtų būti vykdoma daug kartų, kad būtų galima tikėtis sėkmės. Teoriškai didelio masto atakos prieš sutarimą, pavyzdžiui, reikalaujančios, kad būtų valdomas trečdalis visų tikrintojų, būtų pigesnės. Tačiau praktikoje dėl tokio kontrolės lygio įsigijimo ir palaikymo sąnaudų jie praktiškai neįmanomi. Jei užpuolikas pagaunamas, jie yra nupjautaprarasdami visas savo įdėtas lėšas ir teisę ateityje uždirbti atlygį.
Ką tai reiškia vartotojams?
ELVES įgalina mastelį ir Kusama, ir Polkadot, leidžiant tinklams pasiekti mažiausiai 140 000 operacijų per sekundę, naudojant mažiau nei ketvirtadalį bendro pajėgumo. Šie skaičiai nėra teoriniai įvertinimai ar testnet eksperimentų rezultatai. 2024 m. pabaigoje gamybos tinkle atliktas elektroninio pašto siuntimo eksperimentas yra tvirtas šių realių našumo rezultatų įrodymas.
„Polkadot“ mastelio keitimas ir decentralizavimas, iš dalies pasiekiamas naudojant ELVES, suteikia tiesioginės naudos vartotojams. Štai keletas:
- Mažesnė didelių sandorio išlaidų rizika intensyvaus tinklo srauto laikotarpiais vartotojai, su kuriais susiduria kitose blokų grandinėse, tokiose kaip Ethereum, susiduria su sunkumais.
- Didelio našumo programų palaikymas, pavyzdžiui, žaidimų platformos. „Mythical Games“ yra aiškus „Polkadot“ realizavimo pavyzdys: „Polkadot“ dėka žaidėjai ir kūrėjai sėkmingai perkelia savo žetonus iš „Ethereum“ į „Mythos“.
- Vieta augimuines „Polkadot“ architektūra leidžia sukurti daugiau „parachains“ ir projektų, todėl tinkle didėja naudojimo įvairovė.
- Didesnis saugumas decentralizuojantnes sumažinus tapimo „Polkadot“ tikrintuvu išlaidas, padidėja decentralizacija, o tai savo ruožtu užtikrina stipresnę vartotojų apsaugą.
Kaip ir legendos elfai, kurie nenuilstamai dirba, saugo ir išsaugo pusiausvyrą užkulisiuose, Polkadot ELVES veikia tyliai, tačiau galingai, kad užtikrintų saugumą ir mastelį.
Be šio tinklaraščio įrašo, Web3 fondo tyrimų komanda taip pat sukūrė vaizdo įrašą, kuriame greitai ir aiškiai paaiškinama ELVES. Mėgaukitės!
ELVES: pasakų dulkės, dėl kurių Polkadot keičiasi, iš pradžių buvo paskelbtos Web3 Foundation on Medium, kur žmonės tęsia pokalbį paryškindami ir atsakydami į šią istoriją.
