Усе, що ви коли-небудь хотіли дізнатися про Ethereum Merge

Важливий контекст для розуміння "The Merge"

Щоб повністю зрозуміти, що таке «The Merge», давайте розглянемо важливі ключові поняття.

Механізми консенсусу

00000000000000000003cdd5a7fd45610cc2f0c8cc16693d2e4d1909e9ab8ece

Помітили всі ці перші 0? Майнери повинні виконати величезну роботу, щоб знайти ці результати з кількома провідними нулями.

Щоб переглянути алгоритм майнінгу PoW:

1. Зберіть купу непідтверджених транзакцій.
2. Побудуйте з ними блок "кандидат".
3. Хешуйте вміст даних цього блоку за допомогою інструменту SHA256.
4. Чи виведений хеш-код створив достатньо початкових нулів? (він же: чи був він нижчим за бажану цільову складність із підтримкою мережі?)
5. Якщо так, то ви виграли! Ви знайшли дійсне підтвердження роботи (proof-of-work). Надішліть цей блок у мережу та отримайте винагороду. Поверніться до кроку 1 та повторіть.
6. Якщо ні, повторіть крок 4.

Система PoW Ethereum працює точно так само. Якщо ви хочете додати блоки у ланцюг і отримати винагороду за це, ви повинні інвестувати в апаратне забезпечення для виконання алгоритму PoW трильйони разів.

Ось як працює модель proof-of-work. Майнери витрачають багато енергії та часу на змагання у пошуку дійсного proof-of-work, процесу, який служить для захисту мережі та для досягнення консенсусу.

Існує багато рівнів консенсусу

Процес, описаний вище, є лише алгоритмом, який виконується клієнтським програмним забезпеченням для майнінгу Ethereum. Теорія ігор змушує нас розглядати фактори зовнішні лише щодо програмного забезпечення. Блокчейн-мережі, як сильні рушійні сили соціальної та економічної активності, переходять у реальні системи. Наприклад, майнер PoW повинен використовувати капітал для:

1. Придбання апаратного обладнання;
2. Отримання доступу до великої кількості дешевої електроенергії;
3. Отримання доступу до потужного WiFi;
4. Створення простору та інфраструктури для розміщення машин, відведення тепла та пилу.

Це все ризики, які людина повинна взяти на себе, щоб стати «майнером» у системі PoW. Усі ці пункти необхідні для того, щоб ви мали все необхідне для подання дійсних доказів роботи та забезпечення безпеки відповідної мережі. У proof-of-work, майнери доводять свій ризик капіталом, витрачаючи енергію.

Proof-of-Stake = ще один механізм консенсусу

Proof-of-work - це лише один із багатьох механізмів консенсусу, які існують для координації децентралізованих мереж. Це фактичний механізм консенсусу, популяризований Bitcoin — та скопійований Ethereum.

Але Ethereum завжди розроблявся таким чином, щоб використання консенсусу підтвердження роботи proof-of-work було тимчасовим.

Перш ніж говорити про The Merge, давайте розглянемо підтвердження частки володіння proof-of-stake або PoS.

Proof-of-stake - це механізм консенсусу, який, як і PoW, використовується для надання мережі блокчейн того, що механізми консенсусу мають головним чином забезпечувати:

1. Безпеку мережі (від шахрайств, від подвійних витрат, від атак 51%);
2. Спосіб узгодження вузлами того, який ланцюг є "справжнім".

Tezos - це робоча мережа, яка успішно використовує PoS; ви повинні зробити стейкінг (він же: lock up) 6000 $XTZ (власний токен мережі Tezos), щоб стати "бейкером", терміном Tezos для "валідатора" та "майнера". Ризиковий капітал для підтримки мережі, з точки зору теорії ігор (game-theory-wise), належним чином стимулює учасників бути чесними арбітрами мережі, інакше їхні інвестиції не будуть прибутковими.

Ethereum + Proof-of-Stake

Ethereum був розроблений для використання proof-of-work лише тимчасово: творці завжди планували перейти на proof-of-stake. Враховуючи незаперечний успіх proof-of-work як консенсусної моделі для Bitcoin, Ethereum зміг почати працювати з механізмом PoW, тоді як складну конструкцію proof-of-stake Ethereum можна було повністю розробити з планом її реалізації у правильний час та коли система готова до цього, повністю досліджена та були усунуті несправності.

Щоб стати валідатором Ethereum, ви повинні зробити стейкінг 32 ETH (власний токен мережі Ethereum) і запустити клієнт Ethereum (Ethereum client) на машині з високим часом безвідмовної роботи в Інтернеті (навіть на ноутбуці!). Роблячи це, ви сигналізуєте мережі, що перевірятимете та створюватимете блоки чесно. Чому? Тому що це у ваших особистих інтересах. Якщо ви будете нечесні, ви втратите винагороду від валідатора і навіть потенційно почнете втрачати свою ставку — або навіть вартість самого токена може впасти, тобто ви зрештою атакуватимете самого себе.

Ethereum PoS проти Ethereum PoW - концепції, які варто знати

• Блок у PoW додається до ланцюга тим, хто успішно розв’язує головоломку хешування цільової складності. Блок у PoS додається до ланцюга шляхом вибору випадкового вузла перевірки для запропонування блоку. Потім, випадковим чином вибирається другий набір валідаторів для перевірки запропонованого цим валідатором блоку.
• Ethereum PoW має "майнерів", відповідальних за перевірку блоку + додавання (verification + addition). Ethereum PoS має "валідаторів", відповідальних за перевірку блоку + додавання. Майнери отримують винагороду за знаходження дійсного цільового хеш-рішення, валідатори заробляють винагороду за створення блоку, коли вони вибираються для цього випадковим чином.
• Для додавання блоків, Ethereum PoS не вимагає великого споживання енергії, тоді як Ethereum PoW вимагає екстремального споживання енергії для швидкого виконання хеш-обчислень. За оцінками, потреба в енергії PoS становить ~99,95% менше, ніж PoW.
• Капітал, поставлений на карту в PoW, - це час, обладнання та електроенергія людини. Ставка капіталу в PoS - це час людини + її 32 ETH. З огляду на теорію ігор, чесні учасники отримають більше, ніж нечесні.
• Швидкість блокування PoW визначається складністю мережі, зазвичай точно налаштованою на певний час — який може перевищений або зменшений. Щоб знайти дійсний цільовий хеш, може знадобитися різний час. Швидкість PoS блоків є фіксованим темпом. Час у PoS Ethereum ділиться на slots (слоти) - 12 секунд та epochs (епохи)- 32 слоти. Існують різні механізми, які функціонують на основі цього фіксованого темпу, наприклад: кожен слот, комітет валідаторів вибирається випадковим чином і доручається голосувати за те, чи дійсний блок, запропонований іншим випадковим валідатором.

Ethereum + PoS - терміни та поняття, які варто знати

• Валідатор: як валідатор, ви відповідатимете за зберігання даних, обробку транзакцій і додавання нових блоків до блокчейну — для цього знадобиться стейкінг 32 ETH + активне апаратне забезпечення + програмний клієнт (software client). Очікується, що валідатори будуть підтримувати достатнє обладнання та підключення до Інтернету, щоб отримати винагороду за допомогою перевірки блоку/пропозиції.
• Урізання (Slashing): зловмисна поведінка валідатора може призвести до "урізання" або віднімання ставки цього валідатора у постійно зростаючих розмірах (пам’ятайте, що вас можуть скоротити навіть за незловмисну поведінку, як-от відключення вашого вузла!).
• Slot (слот): 12 секунд.
• Epoch (епоха): 32 слоти.
• Основна мережа (mainnet): поточний "справжній" ланцюг Ethereum працює на основі консенсусу PoW. На відміну від тестової мережі, як-от Göerli, у цій мережі Ether коштує реальних грошей.
• Клієнт Ethereum (Ethereum client): програмний пакет, який запускається вузлами Ethereum і складається з двох рівнів: рівня виконання та рівня консенсусу. Вузол, на якому працює клієнт, може бути або повним вузлом, або вузлом майнінгу.
• Рівень виконання (еxecution layer): рівень клієнта Ethereum, який відповідає за виконання транзакцій і управління станом. Саме тут EVM запускає коди операцій і логіку програмування. Клієнти виконання включають: Geth, Erigon та Nethermind.
• Рівень консенсусу (сonsensus layer): рівень клієнта Ethereum, відповідальний за консенсус. Тут діють правила щодо того, що робить блок або транзакцію дійсними. Клієнтами консенсусу для Beacon Chain є Lighthouse, Prysm та Teku.
• The Beacon Chain: окремий блокчейн підтвердження частки володіння proof-of-stake, створений 1 грудня 2020 року. Він існує повністю паралельно з основною мережею Ethereum (Ethereum's Mainnet) і знаходиться у виробництві з моменту створення для тестування. Після готовності, він стане новим механізмом консенсусу, на якому виконуватимуться майбутні транзакції Ethereum.

Добре, то що ж таке The Merge?

Тепер, коли ми розглянули багато важливих термінів і контексту вище, зрозуміти, що таке "The Merge" має бути легше.

Перехід Ethereum на proof-of-stake спочатку був розділений на дві основні частини (за винятком хардфорків, таких як Berlin та London, які відбулися як загальні оновлення Ethereum перед Merge):

1. Запуск Beacon Chain. Beacon Chain - це окремий паралельний блокчейн PoS, який використовувався для проведення тестів, не впливаючи на мережу Ethereum Mainnet або сотні мільярдів доларів, захищених у ній. Ще одна важлива причина для запуску Beacon Chain перед офіційним merge полягала у наданні стейкерам достатнього часу для того, щоб робити стейкінг — потрібно мати вдосталь стейкінгованих ETH для достатнього захисту мережі. На момент написання статті, Beacon Chain зберігає 14 000 434 ETH.
2. The Merge. Об’єднання консенсусного рівня Beacon Chain зі станом EVM основної мережі Ethereum.

The Merge фактично змінить спосіб, у який клієнти Ethereum зараз об’єднують рівні виконання та консенсусу, розділяючи їх на власні окремі клієнти. Це означає, що повний вузол PoS Ethereum може запускати клієнт із: Geth (виконання) + Lighthouse (консенсус) — або будь-яким можливим варіантом клієнтів виконання/консенсусу (execution/consensus). І все це робитиметься у режимі реального часу.

Гаразд, The Merge є останнім кроком у оновленні Ethereum до Proof-of-Stake, але що ж відбувається насправді?

Отже, ось і все. Прочитавши цю статтю, ви маєте бути ознайомленими з усіма важливими термінами та поняттями, пов’язаними з консенсусними системами блокчейну, зокрема щодо підтвердження роботи proof-of-work та підтвердження частки володіння proof-of-stake. Коли хтось запитає вас, що таке The Merge, природною однозначною відповіддю має бути: «Останній крок у процесі переходу Ethereum від моделі безпеки PoW до PoS».

Чи ризикована ця зміна? Звичайно! Proof-of-work - це перевірена у боях модель безпеки, яка забезпечує Bitcoin майже ідеальний час безвідмовної роботи протягом майже двох десятиліть. З іншого боку, Proof-of-stake є досить новою та більш складною моделлю безпеки. Залишається побачити, чи впорається ця модель з захистом сотень мільярдів доларів у мережі Ethereum.

Коли Ethereum досягне своєї віхи підтвердження частки володіння proof-of-stake, буде багато інших оновлень, які мають допомогти Ethereum збільшити масштабування та подальшу децентралізацію. Ці наступні етапи включають:

1. The Merge: PoW Ethereum вмирає, PoS Ethereum народжується (заплановано на 15 вересня)
2. The Surge: шардинг (sharding) для сприяння масштабованості, зокрема для rollups (уточнюється)
3. The Verge: клієнти без стану, що полегшують роботу вузлів Ethereum (уточнюється)
4. The Purge: ліквідація технічної заборгованості + видалення історичних даних (уточнюється)
5. The Splurge: додаткові функції, смаколики (уточнюється)

Як ви гадаєте? Чи принесе користь "оновлення" Ethereum до нової моделі безпеки? Чи їм варто було залишатися на консенсусі PoW, враховуючи, що це, здавалося б, надійна модель безпеки? Чи зробить це впровадження Ethereum масовим чи зашкодить йому в довгостроковій перспективі?

Особлива подяка CryptoPunk 6068 за те, що він надав свій дослідницький досвід для написання цієї статті.