Απόδειξη συμμετοχής (PoS)

Η απόδειξη συμμετοχής (PoS) αποτελεί τη βάση του μηχανισμού συναίνεσης του Ethereum. Το Ethereum ενεργοποίησε τον μηχανισμό απόδειξης συμμετοχής το 2022 επειδή είναι πιο ασφαλής, λιγότερο ενεργοβόρος και καλύτερος για την εφαρμογή νέων λύσεων κλιμάκωσης σε σύγκριση με την προηγούμενη αρχιτεκτονική απόδειξης εργασίας.

Προαπαιτούμενα

Για να κατανοήσετε καλύτερα το περιεχόμενο αυτή της σελίδας, σας συνιστούμε να διαβάσετε πρώτα για τους μηχανισμούς συναίνεσης.

Τι είναι η απόδειξη συμμετοχής (PoS);

Η απόδειξη συμμετοχής είναι ένας τρόπος απόδειξης ότι οι επικυρωτές έχουν τοποθετήσει κάτι πολύτιμο στο δίκτυο που μπορεί να καταστραφεί εάν ενεργήσουν ανέντιμα. Στην απόδειξη συμμετοχής του Ethereum, οι επικυρωτές αποθηκεύουν κεφάλαιο με τη μορφή ETH σε ένα έξυπνο συμβόλαιο στο Ethereum. Ο επικυρωτής είναι στη συνέχεια υπεύθυνος για τον έλεγχο ότι τα νέα μπλοκ που διαδίδονται στο δίκτυο είναι έγκυρα και περιστασιακά δημιουργεί και διαδίδει νέα μπλοκ ο ίδιος. Εάν προσπαθήσουν να εξαπατήσουν το δίκτυο (για παράδειγμα προτείνοντας πολλαπλά μπλοκ όταν θα έπρεπε να στείλουν ένα ή στέλνοντας αντικρουόμενες πιστοποιήσεις), ένα μέρος ή το σύνολο του αποθηκευμένου ETH τους μπορεί να καταστραφεί.

Επικυρώσεις

Για να συμμετάσχει ως επικυρωτής, ένας χρήστης πρέπει να καταθέσει 32 ETH στο συμβόλαιο κατάθεσης και να εκτελέσει τρία ξεχωριστά κομμάτια λογισμικού: έναν πελάτη εκτέλεσης, έναν πελάτη συναίνεσης και έναν πελάτη επικυρωτή. Κατά την κατάθεση του ETH τους, ο χρήστης εντάσσεται σε μια ουρά ενεργοποίησης που περιορίζει τον ρυθμό των νέων επικυρωτών που εντάσσονται στο δίκτυο. Μόλις ενεργοποιηθούν, οι επικυρωτές λαμβάνουν νέα μπλοκ από ομότιμους στο δίκτυο Ethereum. Οι συναλλαγές που παραδίδονται στο μπλοκ εκτελούνται ξανά για να ελεγχθεί ότι οι προτεινόμενες αλλαγές στην κατάσταση του Ethereum είναι έγκυρες και ελέγχεται η υπογραφή του μπλοκ. Στη συνέχεια, ο επικυρωτής στέλνει μια ψήφο (που ονομάζεται πιστοποίηση) υπέρ αυτού του μπλοκ σε όλο το δίκτυο.

Ενώ υπό την απόδειξη εργασίας, ο χρονισμός των μπλοκ καθορίζεται από τη δυσκολία κρυπτόρυξης, στην απόδειξη συμμετοχής, ο ρυθμός είναι σταθερός. Ο χρόνος στην απόδειξη συμμετοχής του Ethereum διαιρείται σε slots (12 δευτερόλεπτα) και εποχές (32 slots). Ένας επικυρωτής επιλέγεται τυχαία για να είναι προτείνων μπλοκ σε κάθε slot. Αυτός ο επικυρωτής είναι υπεύθυνος για τη δημιουργία ενός νέου μπλοκ και την αποστολή του σε άλλους κόμβους του δικτύου. Επίσης, σε κάθε slot, επιλέγεται τυχαία μια επιτροπή επικυρωτών, οι ψήφοι των οποίων χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της εγκυρότητας του προτεινόμενου μπλοκ. Η διαίρεση του συνόλου επικυρωτών σε επιτροπές είναι σημαντική για τη διατήρηση του διαχειρίσιμου φορτίου του δικτύου. Οι επιτροπές χωρίζουν το σύνολο των επικυρωτών έτσι ώστε κάθε ενεργός επικυρωτής να πιστοποιεί σε κάθε εποχή, αλλά όχι σε κάθε slot.

Πώς εκτελείται μια συναλλαγή στο Ethereum PoS

Η παρακάτω περιγραφή παρουσιάζει βήμα-βήμα πώς εκτελείται μια συναλλαγή στο Ethereum με απόδειξη συμμετοχής.

Ένας χρήστης δημιουργεί και υπογράφει μια συναλλαγή χρησιμοποιώντας το ιδιωτικό του κλειδί. Αυτό συνήθως γίνεται μέσω ενός πορτοφολιού ή μιας βιβλιοθήκης όπως η ethers.js(opens in a new tab), η web3js(opens in a new tab), η web3py(opens in a new tab) κ.λπ., αλλά τελικά ο χρήστης υποβάλλει μια αίτηση σε έναν κόμβο χρησιμοποιώντας το Ethereum JSON-RPC API. Ο χρήστης καθορίζει το ποσό του gas που είναι διατεθειμένος να πληρώσει ως προμήθεια σε έναν επικυρωτή, για να τον ενθαρρύνει να συμπεριλάβει τη συναλλαγή σε ένα μπλοκ. Η προμήθεια αυτή καταβάλλεται στον επικυρωτή, ενώ η βασική αμοιβή καίγεται.
Η συναλλαγή υποβάλλεται σε έναν πελάτη εκτέλεσης Ethereum για έλεγχο εγκυρότητας. Αυτό περιλαμβάνει την επαλήθευση ότι ο αποστολέας διαθέτει επαρκές υπόλοιπο ETH και ότι η συναλλαγή έχει υπογραφεί με το σωστό κλειδί.
Εάν είναι έγκυρη, η συναλλαγή προστίθεται στην τοπική mempool (λίστα εκκρεμών συναλλαγών) του πελάτη εκτέλεσης και διανέμεται σε άλλους κόμβους μέσω του δικτύου ενημέρωσης του επιπέδου εκτέλεσης. Άλλοι κόμβοι που λαμβάνουν τη συναλλαγή την προσθέτουν επίσης στη δική τους mempool. Προχωρημένοι χρήστες μπορούν να παρακάμψουν αυτή τη διαδικασία και να προωθήσουν τη συναλλαγή σε εξειδικευμένους δημιουργούς μπλοκ όπως το Flashbots Auction(opens in a new tab). Αυτό τους επιτρέπει να οργανώσουν τις συναλλαγές για το επόμενο μπλοκ για μέγιστη απόδοση κέρδους (MEV).
Ένας κόμβος επικύρωσης του δικτύου είναι ο προτείνων του μπλοκ για το τρέχων slot, αφού επιλέχθηκε τυχαία χρησιμοποιώντας το αλγόριθμο RANDAO. Αυτός ο κόμβος είναι υπεύθυνος για τη δημιουργία και διάδοση του επόμενου μπλοκ στην αλυσίδα Ethereum και την ενημέρωση της παγκόσμιας κατάστασης. Ο κόμβος αυτός αποτελείται από τρία μέρη: έναν πελάτη εκτέλεσης, έναν πελάτη συναίνεσης και έναν πελάτη επικυρωτή. Ο πελάτης εκτέλεσης συλλέγει συναλλαγές από την τοπική mempool στη «λίστα εκτέλεσης» και τις εκτελεί τοπικά για να δημιουργήσει μια αλλαγή κατάστασης. Οι πληροφορίες αυτές μεταφέρονται στον πελάτη συναίνεσης, όπου το φορτίο εκτέλεσης ενσωματώνεται σε ένα «beacon block» που περιλαμβάνει επίσης πληροφορίες σχετικά με ανταμοιβές, ποινές, περικοπές, πιστοποιήσεις κ. λπ. Αυτές οι πληροφορίες βοηθούν το δίκτυο να συμφωνήσει στη σειρά των μπλοκ στην κεφαλή της αλυσίδας. Η επικοινωνία μεταξύ των πελατών εκτέλεσης και συναίνεσης περιγράφεται λεπτομερέστερα στο Σύνδεση των πελατών Συναίνεσης και Εκτέλεσης.
Άλλοι κόμβοι λαμβάνουν το νέο beacon block μέσω του δικτύου ενημέρωσης του επιπέδου συναίνεσης. Οι κόμβοι περνούν το μπλοκ στον πελάτη εκτέλεσής τους για επανεπιβεβαίωση των συναλλαγών και της αλλαγής κατάστασης. Ο πελάτης επικύρωσης πιστοποιεί την εγκυρότητα του μπλοκ και τη θέση του ως επόμενο λογικό μπλοκ στην αλυσίδα, με βάση το βάρος των πιστοποιήσεων σύμφωνα με τους κανόνες επιλογής ενσωμάτωσης. Το μπλοκ προστίθεται στην τοπική βάση δεδομένων κάθε κόμβου που το πιστοποιεί.
Μια συναλλαγή θεωρείται «οριστική» όταν έχει ενσωματωθεί σε μια αλυσίδα με έναν «σύνδεσμο υπερπλειοψηφίας» μεταξύ δύο σημείων ελέγχου. Τα σημεία ελέγχου καθορίζονται στην αρχή κάθε εποχής και εξυπηρετούν στο να αντιμετωπίσουν το γεγονός ότι μόνο ένα υποσύνολο επικυρωτών πιστοποιεί σε κάθε slot, ενώ όλοι οι ενεργοί επικυρωτές πιστοποιούν σε κάθε εποχή. Έτσι, μόνο μεταξύ των εποχών μπορεί να αποδειχθεί ένας «σύνδεσμος υπερπλειοψηφίας», όπου το 66% του συνολικού αποθηκευμένου ETH στο δίκτυο συμφωνεί σε δύο σημεία ελέγχου.

Περισσότερες πληροφορίες σχετικά με την οριστικότητα μπορούν να βρεθούν παρακάτω.

Οριστικότητα

Μια συναλλαγή θεωρείται «οριστική» σε ένα αποκεντρωμένο δίκτυο όταν αποτελεί μέρος ενός μπλοκ που δεν μπορεί να αλλάξει χωρίς να «καεί» μια μεγάλη ποσότητα ETH. Στο Ethereum με απόδειξη συμμετοχής, αυτό επιτυγχάνεται μέσω των «σημείων ελέγχου». Το πρώτο μπλοκ σε κάθε εποχή είναι ένα σημείο αναφοράς. Οι επικυρωτές ψηφίζουν για ζεύγη σημείων ελέγχου που θεωρούν έγκυρα. Εάν ένα ζεύγος σημείων ελέγχου συγκεντρώσει ψήφους που αντιπροσωπεύουν τουλάχιστον τα δύο τρίτα του συνολικού αποθηκευμένου ETH, τα σημεία ελέγχου αναβαθμίζονται. Το πιο πρόσφατο από τα δύο (στόχος) γίνεται «δικαιολογημένο». Το προηγούμενο από τα δύο είναι ήδη δικαιολογημένο, καθώς ήταν ο «στόχος» στην προηγούμενη εποχή. Τώρα αναβαθμίζεται σε «οριστικό».

Για να αναστρέψει ένα τελικό μπλοκ, ένας επιτιθέμενος θα έπρεπε να δεσμευτεί να χάσει τουλάχιστον το ένα τρίτο του συνολικού αποθηκευμένου κεφαλαίου ETH. Ο ακριβής λόγος για αυτό εξηγείται σε μια ανάρτηση του Ethereum Foundation(opens in a new tab). Δεδομένου ότι η οριστικότητα απαιτεί την πλειοψηφία των δύο τρίτων, ένας επιτιθέμενος θα μπορούσε να αποτρέψει το δίκτυο από το να φτάσει σε οριστικότητα ψηφίζοντας με το ένα τρίτο του συνολικού αποθηκευμένου κεφαλαίου. Υπάρχει ένας μηχανισμός για την αντιμετώπιση του: η διαρροή αδράνειας(opens in a new tab). Αυτή ενεργοποιείται όταν η αλυσίδα αποτυγχάνει να οριστικοποιηθεί για περισσότερες από τέσσερις εποχές. Η διαρροή αδράνειας αποστραγγίζει το αποθηκευμένο κεφάλαιο σε ETH από τους επικυρωτές που ψηφίζουν κατά της πλειοψηφίας, επιτρέποντας στην πλειοψηφία να αποκτήσει ξανά τα δύο τρίτα της πλειοψηφίας και να τελειοποιήσει την αλυσίδα.

Κρυπτοοικονομική ασφάλεια

Η λειτουργία ενός επικυρωτή είναι μια δέσμευση. Ο επικυρωτής αναμένεται να διατηρεί επαρκή υλικό και συνδεσιμότητα για να συμμετάσχει στην επαλήθευση και πρόταση μπλοκ. Σε αντάλλαγμα, ο επικυρωτής πληρώνεται σε ETH (το αποθηκευμένο υπόλοιπό του αυξάνεται). Από την άλλη πλευρά, η συμμετοχή ως επικυρωτή ανοίγει επίσης νέες οδούς για τους χρήστες να επιτεθούν στο δίκτυο για προσωπικό όφελος ή σαμποτάζ. Για να αποφευχθεί αυτό, οι επικυρωτές χάνουν ανταμοιβές ETH εάν αποτύχουν να συμμετάσχουν όταν καλούνται και το υπάρχον αποθηκευμένο κεφάλαιό τους μπορεί να καταστραφεί εάν συμπεριφέρονται ανέντιμα. Δύο κύριες συμπεριφορές μπορούν να θεωρηθούν ανέντιμες: η πρόταση πολλαπλών μπλοκ σε ένα μόνο slot (διστακτικότητα) και η υποβολή αντιφατικών πιστοποιήσεων.

Το ποσό του ETH που περικόπτεται εξαρτάται από το πόσοι επικυρωτές περικόβονται επίσης περίπου την ίδια στιγμή. Αυτό είναι γνωστό ως «ποινή συσχέτισης»(opens in a new tab) και μπορεί να είναι μικρή (~1% στοίχημα για έναν μόνο επικυρωτή που περικόβεται μόνος του) ή μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφή του 100% του αποθηκευμένου κεφαλαίου του επικυρωτή (μαζική εκδήλωση περικοπής). Επιβάλλεται στα μέσα μιας περιόδου εξαναγκαστικής εξόδου που ξεκινά με μια άμεση ποινή (έως 1 ETH) τη 1η ημέρα, την ποινή συσχέτισης τη 18η ημέρα και τελικά, την εκδίωξη από το δίκτυο τη 36η ημέρα. Λαμβάνουν μικρές ποινές πιστοποίησης κάθε μέρα επειδή είναι παρόντες στο δίκτυο αλλά δεν υποβάλλουν ψήφους. Όλα αυτά σημαίνουν ότι μια συντονισμένη επίθεση θα ήταν πολύ δαπανηρή για τον επιτιθέμενο.

Επιλογή ενημέρωσης

Όταν το δίκτυο λειτουργεί βέλτιστα και ειλικρινά, υπάρχει πάντα ένα νέο μπλοκ στην κεφαλή της αλυσίδας και όλοι οι επικυρωτές το πιστοποιούν. Ωστόσο, είναι πιθανό οι επικυρωτές να έχουν διαφορετικές απόψεις για την κεφαλή της αλυσίδας λόγω καθυστέρησης δικτύου ή επειδή ένας προτείνων μπλοκ έχει καθυστερήσει. Επομένως, οι πελάτες συναίνεσης απαιτούν έναν αλγόριθμο για να αποφασίσουν ποιο να προτιμήσουν. Ο αλγόριθμος που χρησιμοποιείται στην απόδειξη συμμετοχής του Ethereum ονομάζεται LMD-GHOST(opens in a new tab) και λειτουργεί εντοπίζοντας την ενσωμάτωση που έχει το μεγαλύτερο βάρος πιστοποιήσεων στο ιστορικό του.

Απόδειξη συμμετοχής και ασφάλεια

Η απειλή μιας επίθεσης 51%(opens in a new tab) εξακολουθεί να υπάρχει στην απόδειξη συμμετοχής όπως και στην απόδειξη εργασίας, αλλά είναι ακόμη πιο επικίνδυνη για τους επιτιθέμενους. Ένας επιτιθέμενος θα χρειαζόταν το 51% του αποθηκευμένου κεφαλαίου σε ETH. Θα μπορούσαν στη συνέχεια να χρησιμοποιήσουν τις δικές τους πιστοποιήσεις για να εξασφαλίσουν ότι η προτιμώμενη ενσωμάτωση τους ήταν αυτή με τις περισσότερες συσσωρευμένες πιστοποιήσεις. Το «βάρος» των συσσωρευμένων πιστοποιήσεων είναι αυτό που χρησιμοποιούν οι πελάτες συναίνεσης για να προσδιορίσουν τη σωστή αλυσίδα, επομένως αυτός ο επιτιθέμενος θα μπορούσε να κάνει το αρχείο ενσωμάτωσής του κανονικό. Ωστόσο, ένα πλεονέκτημα της απόδειξης συμμετοχής έναντι της απόδειξης εργασίας είναι ότι η κοινότητα έχει ευελιξία στην οργάνωση μιας αντεπίθεσης. Για παράδειγμα, οι ειλικρινείς επικυρωτές, θα μπορούσαν να αποφασίσουν να συνεχίσουν να χτίζουν στην αλυσίδα της μειονότητας και να αγνοήσουν την πρόταση του επιτιθέμενου, ενθαρρύνοντας παράλληλα τις εφαρμογές, τα ανταλλακτήρια και τις δεξαμενές να κάνουν το ίδιο. Θα μπορούσαν επίσης να αποφασίσουν να αφαιρέσουν βίαια τον επιτιθέμενο από το δίκτυο και να καταστρέψουν το αποθηκευμένο ETH του. Αυτές είναι ισχυρές οικονομικές άμυνες έναντι μιας επίθεσης 51%.

Εκτός από επιθέσεις του 51%, οι κακόβουλοι μπορεί επίσης να επιχειρήσουν άλλους τύπους κακόβουλων δραστηριοτήτων, όπως:

Επιθέσεις μεγάλου εύρους (αν και το τελικό gadget εξουδετερώνει αυτόν τον φορέα επίθεσης)
Επαναδιοργανώσεις μικρού εύρους (αν και η ενίσχυση προτεινόντων και οι προθεσμίες βεβαίωσης το μετριάζουν αυτό)
Επιθέσεις bouncing και balancing (επίσης μετριάζονται από την ενίσχυση προτεινόντων και αυτές οι επιθέσεις έχουν πάντως επιδειχθεί υπό ιδανικές συνθήκες δικτύου)
Επιθέσεις avalanche (εξουδετερώνονται από τον κανόνα του αλγόριθμου επιλογής του αρχείου ενσωμάτωσης να εξετάζει μόνο το τελευταίο μήνυμα)

Συνολικά, η απόδειξη συμμετοχής, όπως εφαρμόζεται στο Ethereum, έχει αποδειχθεί ότι είναι πιο οικονομικά ασφαλής από την απόδειξη εργασίας.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Πλεονεκτήματα	Μειονεκτήματα
Η αποθήκευση κεφαλαίου διευκολύνει τη συμμετοχή ατόμων στην ασφάλεια του δικτύου, προωθώντας την αποκέντρωση. Ένας κόμβος επικύρωσης μπορεί να λειτουργήσει σε έναν κανονικό φορητό υπολογιστή. Οι ομάδες με αποθηκευμένο κεφάλαιο επιτρέπουν στους χρήστες να συμμετάσχουν χωρίς να διαθέτουν 32 ETH.	Η απόδειξη συμμετοχής είναι νεότερη και λιγότερο δοκιμασμένη σε σύγκριση με την απόδειξη εργασίας
Η αποθήκευση κεφαλαίου είναι περισσότερο αποκεντρωμένη. Οι οικονομίες κλίμακας δεν ισχύουν με τον ίδιο τρόπο όπως στην κρυπτόρυξη με απόδειξη εργασίας.	Η απόδειξη συμμετοχής προσφέρει μεγαλύτερη κρυπτοοικονομική ασφάλεια από την απόδειξη εργασίας
Η απόδειξη συμμετοχής προσφέρει μεγαλύτερη κρυπτοοικονομική ασφάλεια από την απόδειξη εργασίας.	Οι χρήστες πρέπει να εκτελέσουν τρία κομμάτια λογισμικού για να συμμετάσχουν στην απόδειξη συμμετοχής του Ethereum.
Απαιτείται λιγότερη έκδοση νέου ETH για την παροχή κινήτρων στους συμμετέχοντες του δικτύου.

Σύγκριση με την απόδειξη εργασίας

Το Ethereum αρχικά χρησιμοποιούσε απόδειξη εργασίας αλλά άλλαξε σε απόδειξη συμμετοχής τον Σεπτέμβριο του 2022. Η PoS προσφέρει αρκετά πλεονεκτήματα σε σχέση με την PoW, όπως:

Καλύτερη ενεργειακή αποδοτικότητα καθώς δεν υπάρχει ανάγκη για μεγάλη κατανάλωση ενέργειας σε υπολογισμούς απόδειξης εργασίας
Χαμηλότερα εμπόδια εισόδου, μειωμένες απαιτήσεις σε υλικό, δεν υπάρχει ανάγκη για εξειδικευμένο υλικό για να υπάρχει πιθανότητα δημιουργίας νέων μπλοκ
Μειωμένος κίνδυνος κεντρικοποίησης, η απόδειξη συμμετοχής θα πρέπει να οδηγήσει σε περισσότερους κόμβους που εξασφαλίζουν το δίκτυο
Λόγω της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας απαιτείται λιγότερη έκδοση ETH για την παροχή κινήτρων συμμετοχής
Οι οικονομικές κυρώσεις για κακή συμπεριφορά καθιστούν τις επιθέσεις τύπου 51% πιο δαπανηρές για έναν επιτιθέμενο σε σύγκριση με την απόδειξη εργασίας
Η κοινότητα μπορεί να καταφύγει σε κοινωνική ανάκτηση μιας ειλικρινής αλυσίδας εάν μια επίθεση 51% ξεπεράσει τις κρυπτοοικονομικές άμυνες.