Sep 9 2017

Consensus Obelisk

Obelisk: Алгоритм консенсуса Skycoin |Информация

Важное о консенсусах

Почему консенсус?

Алгоритм консенсуса Skycoin (называемый «Obelisk») синхронизирует состояние блокчейна Skycoin во всех узлах сети. Это приводит к согласованному учету, то есть при вычислении баланса результат, который получает каждый из узлов для конкретного открытого ключа (или адреса), всегда одинаков.

Высокая масштабируемость и низкое энергопотребление

По своей конструкции алгоритм представляет собой масштабируемую и не требующую больших вычислительных мощностей альтернативу алгоритму proof-of-work, поэтому как работа алгоритм консенсуса, так и действия по созданию блоков могут выполняться на бюджетном оборудовании, которое имеет невысокую цену и низкое потребление энергии, что делает криптовалютную сеть более надежной для возможных попыток централизации (т. е. узлы будут доступными для широкой публики).

Устойчивость к скоординированным атакам

Наш алгоритм консенсуса (1) сходится быстро, (2) требует минимального сетевого трафика и (3) может противостоять крупномасштабной скоординированной атаке хорошо организованной сети вредоносных узлов. Алгоритм не итеративный, быстрый, может быть запущен в разреженной сети при наличии связи только с ближайшим соседом (например, в ячеистой сети) и хорошо работает при наличии в подключении циклических графов (то есть подключение DAG-типа не требуется).

“Атака 51 процент”

При определенных условиях базовая версия алгоритма может быть подвержена этой атаке. В частности, когда модифицированные или злонамеренные узлы находятся в большинстве и транслируют протокол-совместимый и UTXO- совместимый блок-кандидат, такой блок выиграет консенсус. Однако блок с любым видом несоответсвия отбрасывается (не модифицированным) алгоритмом прежде, чем блок получит шанс участвовать в консенсусном соревновании.

Узлы консенсуса могут опционально использовать концепцию «Web-of-Trust», при этом связанные с консенсусом сообщения, поступающие от неизвестных узлов (т. е. подписанных ненадежными открытыми ключами), игнорируются.

Когда включен режим Web-of-Trust, запуск очень большого количества узлов злонамеренного консенсуса для того, чтобы (a) вызвать форк блокчейна или (б) нарушить процесс консенсуса, будет иметь незначительный эффект, если только подавляющее большинство участников Web-of-Trust невольно не включают эти вредоносные узлы в свои локальные списки доверенных узлов.

Скрытые IP адреса

Узлы адресуются через их криптографический открытый ключ. IP-адрес узла известен только тем узлам, к которым он подключен напрямую.

Независимость в синхронизации часов

Алгоритм не использует «настенные часы» (то есть календарную дату/время). Вместо этого для вычисления внутреннего времени узла используются номера блоков, которые извлекаются из проверенных сообщений, связанных с консенсусом и блокчейном. Это можно неофициально назвать «часы блока».

Два типа узлов: консенсуса и создания блоков

Консенсусный узел получает данные от одного или нескольких узлов, создающих блоки. Алгоритмы для консенсуса и создания блоков разные, но оба они оперируют одними и теми же структурами данных. Мы отдельно упоминаем о создании блоков, так как это поможет понять алгоритм консенсуса и то, как он интегрируется с остальной системой.

Оба типа узлов всегда производят авторизацию и проверку фальсифиции даты. Мошеннические или недействительные сообщения выявляются, отбрасываются и далее не передаются; узлы одного ранга, участвующие в подозрительных действиях, отключаются, а их открытые ключи попадают в бан.

Как работает алгоритм консенсуса Skycoin

Для упрощения пояснений предположим: (1) каждый узел одновременно участвует и создании блоков, и в консенсусе, и (2) принимаются генерируемые ненадежными узлами сообщения, связанные с консенсусом, то есть никакая фильтрация на основе Web-of-Trust не выполняется. Полная реализация (т. е. без этих упрощающих предположений) будет доступна на GitHub проекта Skycoin. Результаты моделирования и подробный, схематический пример одного консенсусного исследования см. [1]. Моделирование сети с доверительными отношениями, хотя и с использованием алгоритма, отличного от Skycoin, можно найти в [2]. Вот описание алгоритма консенсуса Skycoin:

Создание блоков. Каждый блок-узел собирает новые транзакции, проверяет их против UTXO (Unspent Transaction Output - “список” непотраченных транзакций), упаковывает совместимые транзакции в новый блок и транслирует блок в сеть.
Сбор блоков. Каждый консенсусный узел собирает блоки, сгенерированные узлами-создателями блоков и помещает, указав последовательный номер блока, в контейнер (отдельно от блокчейна).
Выбор выигрышного блока. Каждый консенсусный узел, получив достаточно большое количество [*1] блоков-кандидатов или при выполнении других критериев, находит блок, созданный наибольшим числом узлов-созидателей. Связи решаются детерминистически. Такой блок помечается как «локальный победитель» [*2] и добавляется к локальному блокчейну. Пара ключ-значение, соответствующая номеру локального победителя, удаляется из контейнера, таким образом освобождается хранилище. Хеш-код местного победителя транслируется/объявляется.
Шаг верификации. Каждый узел сохраняет статистику по локальным победителям, о которых сообщают другие узлы. Когда местные победители будут сообщены всеми или большинством узлов [*3], узел определяет глобального победителя для текущего порядкового номера. Если глобальным победителем является локальный победитель, тогда узел продолжает действовать по указанной схеме. В противном случае узлы принимают решение, основываясь на внешних данных и локальных журналах, или (а) провести повторную синхронизацией с сетью или (б) отказаться от участия в консенсусе и/или создании блока, или (c) о сохранения блокчейна и запросе экстренной остановки.

[*1]: Это один из конфигурационных параметров алгоритма.

[*2]: В подобных идеальных условиях локальные победители (для присвоения текущего порядкового номера блока) одни и те же, то есть включают идентичный набор транзакций. Разница возникает из-за латентности сети, высокой частоты транзакций, доставки сообщений вне очереди, потери сообщения, сбоя в узле или действий вредоносных узлов и т.д.

[*3]: Это число может быть определено, например, путем запроса к доверенным узлам рекурсивно сообщить открытые ключи их доверенных узлов.

Ссылки

[1] johnstuartmill et al. A Distributed Consensus Algorithm for Cryptocurrency Networks. https://github.com/skycoin/whitepapers/blob/master/whitepaper_skycoin_consensus_v01_jsm.pdf 2016

[2] Houwu Chen and Jiwu Shu. Sky: an Opinion Dynamics Framework and Model for Consensus over P2P Network. https://github.com/skycoin/whitepapers/blob/master/Sky-%20Opinion%20Dynamics%20Based%20Consensus%20for%20P2P%20Network%20with%20Trust%20Relationships.pdf 201?

Читайте для подробностей: