eth что это такое простыми словами
ETH: новая модель денег
Не знаю как вас, но меня огорчает, когда в 2020 году ETH называют «альткоином». Это все равно, что называть Lamborghini повозкой, способной передвигаться без лошадей.
Смотреть на криптовалюты как на «Биткоин и все остальное» было приемлемо лет 7 назад. Сохранять такую консервативность во взглядах по сей день попросту невыгодно.
Биткоин по-прежнему играет одну из ключевых ролей на рынке цифровых активов, но эта индустрия уже давно вышла за рамки возможностей первой криптовалюты. Игнорировать этот факт значит оставаться на обочине прогресса и, что называется, оставлять деньги на столе.
Если вы ничего не признающий биткоин-максималист, которому комфортно «сидеть на обочине», то в этом нет ничего плохого. Если же вы не готовы жертвовать потенциальной прибылью ради сомнительных принципов, а хотите докопаться до фундаментальной сути цифровых активов, то эта статья для вас.
Автор: Дэвид Хоффман, один из отцов основателей Bankless
Ключевая мысль эссе в двух абзацах:
Анализ проведен с двумя допущениями:
Стейкинг ETH на Ethereum 2.0 работает (с 1 декабря это факт) ✅
Механизм сжигания транзакционных комиссий (EIP-1559) внедрен ✅
Часть 1: Определение Ethereum
Прежде чем дать определение эфиру, необходимо это проделать с Эфириумом. Определение эфира будет зависеть от того, как используется Ethereum. При этом дать определение последнему тоже нелегко. Это как пытаться объяснить, что такое Интернет в 80-х. Вряд ли тогда кто-то мог представить каким он станет через 40 лет. Однако прелесть опенсорсных технологий в том, что со временем, по мере их развития, люди придумывают новые способы применения этих технологий.
Интернет определяют приложения
Если вы захотите узнать определение Интернета, Википедия предложит вам такой вариант:
Мне кажется, такое определение не особо полезно. Оно правильное, но предназначено для людей с техническим складом ума. Если вы спросите как пользоваться Интернетом, или как он влияет на жизнь людей, то для ответа на эти вопросы нужно смотреть на то, как мы проводим в нем большую часть времени. А проводим мы его здесь:
Недостающий слой: слой передачи ценности
Благодаря Интернету копировать, передавать и получать доступ к информации стало проще чем когда-либо, что несомненно пошло на пользу человечеству. Правда дешевизна и доступность не те качества, которые характерны для денег, и вообще ценности. Деньги и ценность по определению ограничены в количестве, дороги и труднодобываемы.
Впервые создать полностью цифровую ценность получилось у Биткоина. Он решил так называемую проблему двойного расходования. Впервые, когда вы отправляли что-то через Интернет, вы не могли оставить себе копию. Однако на блокчейне Биткоина вы можете это проделать только с BTC. Протокол Bitcoin несовместим с другими активами.
Благодаря открытости и отсутствии центрального контролирующего органа на Ethereum можно воссоздать любой актив, установить количество его единиц и передавать право собственности на него между сторонами.
На ethereum.org можно найти следующее определение Ethereum:
На Ethereum можно писать код, который контролирует цифровую ценность, исполняется в точности как запрограммировано, и к которому можно получить доступ из любой точки мира.
Веб-приложения определяют, что есть Интернет. Также и приложения работающие на Ethereum определят, что есть Ethereum.
Слой приложений на Ethereum
Ethereum предлагает альтернативу. Новый слой, слой ценности позволяющий создавать новый класс приложений. Пока Web 2.0 перенасыщен и находится под влиянием гигантских корпораций, Web 3.0 представляет собой чистый холст, открывающий безграничные возможности для создания приложений работающих с ценностью.
Сравнение развития Интернета и Эфириума
Два года назад, осенью 2018 финансовые приложения на Ethereum во главе с MakerDAO начали набирать обороты. Благодаря своей открытости (любой желающий может построить приложение на Ethereum), финансовая инфраструктура Эфириума буквально взорвалась. Открытые Финансы помогли Эфириуму с самоидентификацией. Он стал восприниматься как глобальная платформа для передачи ценности. Направление открытых финансов появилось в 2018 году как любопытный эксперимент и стремительно укоренилось в роли, возможно, основного способа применения Эфириума: сети для децентрализованных, открытых для всех финансовых услуг и приложений.
Открытые финансы на Ethereum развиваются вширь, раздвигая границы интернета ценности. Каждое приложение совместимо с другими приложениями, что позволяет всячески комбинировать их возможности. Однако, как любая экономическая система, Ethereum имеет определенную иерархию.
В основе любой финансовой системы лежат деньги, например, золото. Оно является одним из древнейших средств накопления, но золото тяжелое, его нужно где-то хранить и, в конце концов, у вас его могут отнять вполне «законным путем». Кроме того, 90% мирового запаса золота контролируют центральные банки, а все остальные вынуждены использовать в качестве денег фиатные валюты. Из-за того, что физическое золото можно взять под контроль, обитатели каждого слоя финансовой системы находящиеся по иерархии под центральными банками, должны запрашивать разрешение у вышестоящих, потому что у них есть доступ к настоящим деньгам.
Данная картинка наглядно показывает роль программируемых денег в основании новой, альтернативной финансовой системы. А именно того, что для их использования ни у кого не нужно спрашивать разрешения. Да, золотом и Биткоином тоже можно пользоваться без чьего-либо разрешения, но если системой, использующей ценность этих активов нельзя пользоваться безо всяких ограничений, то со временем эта система может захватить над этими активами контроль, и установить выгодные для себя правила использования ими. Такие правила нацелены на извлечение прибыли из людей.
Промежуточные итоги
Если вы согласны с моими представлениями об Эфириуме, вот основные тезисы:
Это глобальная платформа для передачи прав собственности на цифровые активы
Это дом для финансовых приложений, которыми может пользоваться кто-угодно, находясь где-угодно и не спрашивая ни у кого разрешения, и которые вместе формируют открытую экономику.
Часть 2: Определение эфира
Отнести ETH к какому-то одному классу активов достаточно сложно. Гибкость полного по Тьюрингу блокчейна Эфириума дает эфиру свободу делать все, что угодно.
Но для того, чтобы определить к какому классу активов можно отнести ETH нам сперва нужно понять какие вообще бывают классы активов.
Классы активов
Популяризированное в криптосообществе Крисом Бурниски исследование Роберта Гриера под названием Что вообще такое класс активов? (1997 г.) выделяет три основных класса активов:
Капитальные активы
Активы, которые производят нечто ценное
Активы, которые генерируют денежный поток
Капитальными активами считаются акции, облигации, сдаваемая в аренду недвижимость, медальоны нью-йоркского такси. Эти активы тем или иным образом приносят своему владельцу доход.
Потребляемые/конвертируемые активы
Активы, которыми можно воспользоваться один раз, например, сжечь
Активы, которые трансформируются в другие активы
Активы, употребление которых приносит экономическую выгоду
Потребляемыми активами считаются золото, нефть, прочие природные ресурсы, энергия, биржевые товары (пшеница, кофе). Все то, что используется в производстве экономически ценных продуктов: электроники, топлива, продуктов питания, и т. д.
Средства накопления (сбережения)
Активы, которым присуща редкость, ограниченность в количестве
Активы, которые сохраняют свою ценность на протяжении очень долгого времени
Средствами сбережения считаются золото, недвижимость, национальные валюты, предметы искусства, биткоины.
Это самый простой и понятный класс активов, но при этом, наверное, самый важный. Средства сбережения должны быть редкими и труднодобываемыми. Люди по всему миру должны хотеть обладать ими. Такие активы выигрывают от того, что все их считают ценными.
Когда мы обсуждаем “денежную наценку”, мы говорим как раз о средствах сбережения.
Золото используют в производстве всевозможных гаджетов из-за высокой токопроводности. При этом оно было лучшим средством сбережения за всю историю человечества.
До недавних пор.
ETH относится ко всем трем типам активов
Эфир идеально вписывается в каждый из трех основных классов активов. В зависимости от ситуации он может выполнять функции актива из любого класса, и даже совмещать все их качества одновременно!
Эфир как капитальный актив
В этой форме ETH представляет собой:
вашу долю владения сетью Ethereum
право на получение дивидендов в виде комиссий (в Ethereum 2.0)
право работать на Ethereum
Доля в Эфириуме
Право на получение дивидендов в виде комиссий
Право работать на Ethereum
Эти три составляющие делают ETH капитальным активом. Находясь в контракте для стейкинга ETH приносит своему владельцу дивиденды. Человек получает выгоду выполняя работу для Эфириума. Количество эфира в его владении растет.
Ethereum 2.0 будет иметь адаптивные темпы эмиссии. Чем меньше застейкано эфира, тем больше выручка действующих валидаторов. Это делается для того, чтобы мотивировать больше людей становиться валидаторами, и стейкать свои ETH повышая уровень безопасности Эфириума.
Чем больше валидаторов стейкают ETH, тем меньше Ethereum платит каждому из них. Это сигнализирует другим участникам, что уровень безопасности сети достаточно высок, и что новые защитники пока не требуются.
Вот таблица доходности валидаторов в зависимости от количества застейканого эфира. Например, при 10 млн. ETH, валидаторы будут получать доход 5,72% годовых в ETH.
Однако эмиссия ETH не единственная статья доходов валидаторов. Помимо свеженапечатанных эфиров они получают еще и часть транзакционных комиссий, что тоже очень существенно.
В октябре 2020 Ethereum генерирует в среднем 1,5-2 млн. долл. комиссий в день. При текущих ценах на эфир (
$390) это около 4500 ETH в день. 135000 ETH (52 млн. долл.) в месяц.
Правда стоит иметь ввиду, что посл комиссии значительно снизятся.
С внедренным EIP-1559 за последние 365 дней было бы сожжено 970 тыс. ETH (360 млн. дол.)
Эфир как потребляемый актив
Потребляемые/конвертируемые активы могут иметь разную форму. Наиболее распространенным потребляемым активом является энергия.
Мы потребляем энергию, чтобы воздействовать на окружающий мир. С помощью энергии мы превращаем горы железной руды в небоскребы. С помощью энергии мы освещаем города и путешествуем по миру. Энергия приводит в движение всю мировую экономику.
Попробуйте представить мир без энергии…
Без нее мы бы не могли превратить бесполезные вещи в функциональные. Именно из-за высокого спроса на энергию так цениться нефть, так горячо обсуждается тема электромобилей, и так дорого стоят батарейки.
Энергия лежит в основе всей мировой экономики.
ETH: энергетическое основание Интернета Ценности
Изначально эфир называли “бензином для Эфириума”. Очень меткое определение. Чтобы привести в движение экономическую машину под названием Ethereum нужно израсходовать некоторое количество эфира. Каждый раз, когда в сети происходит какое-то действие расходуется ETH.
Каждый раз когда…
ETH как средство сбережения
Вы слышали о таком показателе как ETH Locked in DeFi (количество ETH заблокированного в DeFi)? Помимо очевидного предназначения он указывает еще и на то, как активно ETH используется в качестве средства сбережения. Быть “заблокированным” значит использоваться в качестве залога для чего-то. Эфир бы не “блокировался”, если бы не служил обеспечением по какому-либо обязательству/соглашению/договору на Ethereum.
ETH заблокированный в DeFi на 30 октября 2020
Не будь эфир независимым активом, или используй DeFi-приложения активы имеющие компанию-эмитента в качестве залога (например, централизованные стейблкоины как USDC, USDT, или токенизированное золото), то их нельзя было бы считать полностью независимыми. Мы бы были вынуждены доверять компаниям, выпускающим активы на блокчейне. Верить, что на их счетах действительно есть обеспечение для выпуска цифровых активов, и что они не скроются с ним, наплевав на свои обязательства.
Важно заметить, что сейчас децентрализованные приложения охотно принимают в качестве залога цифровые активы имеющие эмитента. В частности USDC обошел ETH по объему залога в MakerDAO, обеспечивающего DAI.
В том, что DeFi-приложения используют токенизирированные активы из реального мира в качестве залога нет ничего катастрофического. Просто это не так круто, как использовать полностью цифровой, независимый актив. Возможно, мы наблюдаем за переходным этапом развития Открытых Финансов и со временем именно независимые, активы будут доминировать.
В любом случае мы сможем выбирать между активами с разной степенью зависимости от центральных органов. К примеру, есть сразу несколько версий токенизированного Биткоина на Ethereum: WBTC, который выпускает компания BitGo, и tBTC и renBTC, которые выпускаются без посредников. Пользуйтесь тем, что вам ближе.
Открытые Финансы на то и называются открытыми, чтобы предоставлять пользователям больше возможностей, чем у них было до этого, а не создавать ограничения.
Тройная точка эфира
В зависимости от ситуации, ETH может относиться к каждому из трех классов активов.
Стейкнутый ETH = капитальный актив
ETH для оплаты комиссий = потребляемый актив
ETH заблокированный в DeFi = средство сбережения
ETH имеет характеристики каждого из трех классов активов
Вещества чаще всего находятся в каком-то одном состоянии: в твердом, жидком или газообразном.
Однако если условия сходятся должны образом, мы увидим тройную точку, где все фазы активны одновременно.
Как это выглядит на практике?
Берем ETH (средство накопления), помещаем его в Maker, чтобы одолжить DAI, ETH и DAI помещаем в пул ликвидности на Uniswap, чтобы зарабатывать процент с торговых комиссий. Токен поставщика ликвидности (капитальный актив) состоящий из ETH и DAI (средств накопления) помещаем в Compound и можем одалживать под его залог еще DAI.
Не забываем при этом, что каждое из этих действий расходует ETH на оплату комиссий (потребляемый актив).
Эфир способен быть каждым из трех типов активов одновременно
Почему это важно?
Эфир первый актив в истории способный на такое. Что это дает?
Эта модель лежит в основе американской экономики
Динамика покупательной способности доллара США
Валютам доверяют процесс передачи ценности через пространство и время. Американский доллар на данный момент самая успешная национальная валюта, доминирующая в мировой экономике.
Налоги помогают правительству США обслуживать свои долги и финансировать различные проекты. Налоговое управления США (IRS) собирает налоги основываясь на экономической активности граждан. Собранные налоги частично распределяются между держателями казначейских облигаций. Также США выплачивает проценты по кредитам при помощи инфляции, ослабляя доллар как средство сбережения.
ETH и Ethereum следуют той же модели
Такая же структура экономики просматриваются и на Ethereum.
Эфир используется как средство накопления в децентрализованных приложениях
Эфир нужен для стейкинга, чтобы обеспечить потребность сети Ethereum в безопаснсоти
Эфир используется для оплаты комиссий в экономике Эфириума. Можно это считать налогом, который сеть тратит на оборону.
Связываем все воедино
В сердце Эфириума лежит инфраструктура для построения новой экономики. Финансовые услуги в ней:
управляются программным кодом
можно использовать без чьего-либо разрешения
осуществляются через Интернет
Теперь, когда у нас есть новая экономика, нам нужны новые деньги, которые будут в ней циркулировать. Если мы хотим, чтобы экономика Эфириума была независимой и открытой, нам нужна независимая валюта.
Роль ETH на Ethereum
Спрос на ETH и его использование внутри Эфириума является функцией спроса на независимые деньги со стороны пользователей финансовых приложений.
Количество эфира ограничено, так что когда ETH блокируется в приложении, оно выводит из обращения часть ETH. Приложения конкурируют между собой за эфир и вместе с тем уменьшают его количество на рынке. Это то, что мы называемым “ETH locked in DeFi”.
Максимально доступная пропускная способность на данный момент: 113,22 млн. ETH, что равняется примерно 43 млрд. долл.
Использованная пропускная способность: 8,8 млн. ETH или 3,3 млрд. долл. То есть пропускная способность использована только на 7,7%.
Пока утилизация пропускной способности эфира довольно низкая. Индустрии еще расти и расти. С появлением новых приложений и с развитием уже существующих, будет требоваться все больше ETH, чтобы обслужить нужды прибывающих пользователей.
Увеличивая пропускную способность
При капитализации 43 млрд. долл. из которых 3,3 млрд. долл. заблокированны в DeFi, экономической пропускной способности эфира вполне хватает для текущих задач.
Но до последней стадии эволюции Эфириуму еще далеко. Если мы хотим видеть Ethereum в качестве:
всемирной финансовой сети
интернета ценности
глобальной платформой для выпуска и управления всеми цифровыми активами
и мы хотим, чтобы вся эта система была полностью независимой и открытой для всех, эфиру нужно значительно вырасти в цене.
По состоянию на 2019 год в обращении находилось 1,7 трлн. долл. наличными. Чтобы достичь аналогичной отметки ETH надо вырасти с текущих цен в 45 раз.
Активы торгуемые на мировых финансовых рынках оцениваются в 73 трлн. долл. Чтобы воссоздать их на Ethereum нужно их обеспечить чем-то. Эфиром. Чтобы ценности залога хватило на обеспечение 73 трлн. ETH должен вырасти в 1950 раз. То же касается всемирной денежной массы.
Если мы хотим жить в мире, где бюрократы не суют нам палки в колеса, где всех людей, у которых есть выход в Интернет объединяет независимая, открытая экономическая платформа, ценность эфира должна соответствовать этому спросу. Потому что на данном этапе ETH и Ethereum готовы обслуживать разве что относительно небольшое сообщество энтузиастов. Для этого текущей цены ETH достаточно.
Но если мы хотим, чтобы численность сообщества использующего Ethereum выросла, скажем до 100 млн. человек. или до 1 млрд. для удовлетворения спроса на услуги открытой финансовой системы эфиру придется значительно подорожать.
За счет чего это произойдет? Смотрите картинку ниже.
На ней изображена фундаментальная ценность эфира.
DeFi впитывает в себя ETH. DeFi-приложения предоставляют услуги требующие блокировки эфира. Наличие залога убирает необходимость доверять третьей стороне. Чем полезнее приложение (Maker, Uniswap, Compound), тем больше у людей мотивации блокировать в них свой ETH.
Доходность стейкинга. Альтернативой DeFi является стейкинг в Ethereum 2.0. Он будет приносить меньшую процент, чем фарминг доходности в DeFi, но зато в нем практически не будет рисков, как в при покупке казначейских облигаций США. Стейкинг и DeFi будут неустанно конкурировать друг с другом за ETH. Чем больше эфира заблокировано в DeFi, тем меньше его будет в стейкинге, соответственно доходность последнего будет расти. Те, кто не погнался за более высокими процентами в DeFi будут вознаграждены. Плюс повышенная доходность будет мотивировать новых пользователей становиться валидаторами.
Цена ETH в долларах. Два первых фактора в совокупности влияют на цену в долларах. Стейкинг и DeFi уводят ETH с рынка, снижая предложение, и получается, что при росте спроса на услуги все новых и новых децентрализованных приложений цене эфира ничего не останется кроме как двигаться вверх.
И это здорово, потому что с развитием Открытых Финансов, по мере того как они будут становиться все более полезными, ценность ETH обязана будет не отставать, чтобы удовлетворить спрос на использование DeFi. Чем он выше, тем прибыльнее будет стейкинг ETH. Совместно эти силы будут тащить за собой цену на эфир, чтобы увеличить пропускную способность (ликвидность) DeFi-приложений и уровень безопасности открытой экономики.
Пока количество приложений на Ethereum и их пользователей будет расти, цена ETH выраженная в долларах не сможет слишком долго оставаться низкой.
Подписывайтесь на Telegram BanklessRU, если понравилась статья. Там найдете больше полезной, уникальной информации про Ethereum и DeFi.
Не финансовый совет. Этот блог ведется исключительно в образовательных целях. Он не дает инвестиционных рекомендаций и не подталкивает к покупке или продаже активов и проведению других финансовых операций. Проводите свое собственное исследование.
Как работает Эфириум (Ethereum)?
Введение
Наверняка некоторые из вас знают, что такое блокчейн Эфириум (с англ. Ethereum), другие, напротив, не имеют даже малейшего представления о нем. Так или иначе, и первые и вторые что-нибудь да слышали о данной платформе. В последнее время этой теме было посвящено множество статей в различных крупных журналах, однако для тех людей, кто мало что слышал об Эфириуме, все статьи на эту тему представляются чем-то мистическим и совершенно непонятным. Тогда, что же собой представляет данная платформа? Если вкратце: Эфириум – это общедоступная база данных с возможностью хранения цифровых транзакций в течение неограниченного времени. Важно также отметить, что для обслуживания и защиты такой базы данных не требуется каких-либо систем управления ключами. Вместо этого данная платформа работает как «беззащитная» транзакционная система – фреймворк, в котором физические лица могут совершать одноранговые транзакции, при этом ни одна из сторон не несет перед другой или третьей сторонами каких-либо обязательств.
Я не удивлюсь, если вы мало что поняли. Собственно, цель данной статьи – объяснить, каким образом блокчейн Эфириум функционирует на техническом уровне, не прибегая для этого к сложным математическим расчетам или ужасающим своей величиной формулам. Даже если вы и не программист, у меня есть полная уверенность в том, что данная статья поможет вам понять принципы технологии Эфириума. И даже если некоторые части данной статьи будут напичканы техническими определениями, которые могут показаться вам чересчур сложными для восприятия, вам не стоит отчаиваться, ведь ее цель – донести до вас понимание данной платформы в целом, не вдаваясь в технические и математические тонкости.
Многие из тем, затронутых в данной статье, представляют собой разжевывание тех основных понятий, с которыми вы, вероятно, уже не раз сталкивались, читая yellow paper (от англ. «желтая бумага» – официальная спецификация для Эфириума). Мною были добавлены собственные пояснения и диаграммы для того, чтобы вы как можно быстрей разобрались с данной технологией. Ну, а для самых храбрых и технически подкованных я могу посоветовать прочтения Ethereum yellow paper.
Давайте уже начнем!
Что такое блокчейн
Блокчейн – это криптографически безопасная транзакционная одноэлементная система с общим состоянием. Далеко не самое простое определение, не так ли? Давайте разобьем каждую составляющую этого определения на отдельные части.
Парадигма блокчейна платформы Эфириум
Блокчейн Эфириум является, по сути, системой состояния транзакций. В информатике такое понятие, как «система состояний» или «машина состояний» – это система, которая обрабатывает вводимую информацию и на основании последней преобразуется в новое состояние.
В машине состояний Эфириума все процессы начинаются с «первоначального состояния». Такое состояние представляет собой аналог нулевого состояния, в котором находится машина до того момента, как в ее сети начнут происходить какие-либо действия, связанные с транзакциями. Когда такие действия начнут происходить, первоначальное состояние заменяется на конечное, при этом в любой момент времени конечное состояние отображает текущее состояние Эфириума.
Транзакция должна быть корректной, для того чтобы вызвать ее переход из одного состояния в другое. Транзакция считается корректной только тогда, когда она прошла процесс проверки – так называемый «майнинг». Майнинг — это когда группа узлов (компьютеров) расходует свои вычислительные ресурсы для создания блока корректных транзакций.
Любой узел в сети, объявляющий себя майнером, может попытаться создать и проверить блок транзакций. Распространенным опытом является попытки множества майнеров одновременного создания и проверки блока транзакций. Каждый майнер предоставляет свое математическое «доказательство» при отправке блока в блокчейн, и это доказательство выступает в роли своеобразной гарантии: в случае если доказательство существует, транзакции в блоке считаются корректными.
Майнер должен предоставить свое математическое доказательство быстрее, чем это сделает любой другой конкурент, для того чтобы его блок был добавлен в основной блокчейн. Процесс проверки каждого блока, который заключается в предоставлении майнером своего математического доказательства, называется «доказательством работы».
Майнер, который обосновывает новый блок, получает определенное вознаграждение за выполнение этой работы. О каком вознаграждении идет речь? В блокчейне Эфириума используется встроенный цифровой токен, который носит название «эфир» (от англ. ether— «эфир»). Каждый раз, когда майнер обосновывает свой блок транзакций, создается новый токен или новый эфир, а майнер получает вознаграждение за его создание.
Тогда, у вас может возникнуть вполне логичный вопрос: где гарантия того, что каждый майнер будет придерживается только одной цепочки блоков? Как мне убедиться в том, что другая команда майнеров не решит создать свою собственную цепочку блоков?
В самом начале данной статьи мы уже приводили такое понятие как «транзакционная одноэлементная система с общим состоянием». Исходя из такого определения можно сделать вывод, что не бывает двух и более корректных текущих состояний – оно является единственным в своем роде. Таким образом, каждый, кто принимает участие в процессе обоснования новых блоков, должен принять это утверждение за истину. Наличие нескольких состояний (или цепей) разрушило бы всю систему, потому что было бы невозможно договориться о том, какое из состояний является корректным. Например, представим, что существовало бы несколько цепочек блоков. Тогда, в теории, вы могли бы собрать 10 монет на одной цепочке, на другой – 20 монет, на третьей – 40 монет и т.д. В таком случае было бы невозможно определить, какая цепь является наиболее «корректной».
Всякий раз, когда генерируются несколько путей, возникает «разветвление». Зачастую, разветвления очень нежелательны, поскольку они нарушают целостность системы, а пользователям приходится выбирать одну из возможных цепочек.
Чтобы определить, какой из возможных путей является корректным, и предотвратить образования множества цепей, в Эфириуме применяется метод, называемый «протокол GHOST».
GHOST – «Жадное-и-Самое-Весомое-из-Известных-Дочерних-Деревьев» (Greedy Heaviest Observed Subtree)
Попробую объяснить простыми словами: протокол GHOST объявляет, что мы должны выбрать только тот путь, на котором было выполнено наибольшее число вычислений. Для определения такого пути можно использовать номер того блока, который был определен последним («листовой блок»). Благодаря такому подходу можно определить общее число блоков, находящихся в текущем пути (без учета блока первоначального состояния). Чем выше находится блок, тем длиннее путь и тем больше обоснований должны предоставить майнеры. Исходя из таких соображений, принимается единственно верная версия для текущего состояния.
Теперь, когда вы уже имеете представление о том, что такое блокчейн, я предлагаю разобраться с основными компонентами, из которых состоит система Ethereum:
Учетные записи
Глобальное общее состояние платформы Эфириум состоит из множества небольших объектов – учетных записей, которые взаимодействуют между собой за счет парадигмы обмена сообщениями. У каждой учетной записи есть определенное состояние и 20-байтовый адрес. Адресом в Эфириум является 160-битный идентификатор, используемый для идентификации любой из учетных записей.
Всего существует два вида учетных записей:
Внешние и контрактные учетные записи
Давайте разберемся с основными отличиями между внешними и контрактными учетными записями. Для внешней учетной записи предусмотрена возможность отправлять сообщения другим внешним учетным записям, а также другим контрактным учетным записям. Для данной цели необходимо создать и зарегистрировать новую транзакцию, используя закрытый ключ. Сообщение между двумя внешними учетными записями является всего лишь значением для передачи. С другой стороны, сообщение, отправленное от внешней учетной записи к контрактной, подразумевает активацию кода контрактной учетной записи, при этом появляется возможность совершения определенных действий (например, с помощью такого сообщения можно переводить токены, записывать значения во встроенную память, создавать токены, выполнять некоторые вычисления, создавать новые контракты и т. д.).
С помощью контрактных учетных записей, в отличие от внешних, самостоятельно инициировать новые транзакции невозможно. Вместо этого с помощью контрактных учетных записей можно только запускать транзакции в ответ на другие полученные транзакции (например, полученные из внешней учетной записи или из другой контрактной учетной записи). Более подробно о вызовах между контрактными учетными записями мы остановимся в разделе «Транзакции и сообщения».
Каждое действие в блокчейне Эфириума происходит благодаря транзакциям, инициируемым внешне контролируемыми учетными записями.
Состояние учетных записей
Состояние каждой из учетных записей, вне зависимости от их типа, может принимать одно из четырех значений:
Общее состояние системы
Итак, мы разобрались, что глобальное состояние Эфириума – это сопоставление адресам учетной записи состояний счета. Это сопоставление хранится в структуре данных – префиксного дерева Меркла.
Дерево Меркла (или «Merkle trie») представляет собой тип двоичного файла, состоящего из набора узлов, которые включают:
Данные, находящиеся в нижней части дерева, создаются путем разделения тех данных, которые мы хотим сохранить, на отдельные фрагменты. Далее такие фрагменты размещаются в корзинах хранения данных, после чего происходит их хэширование и аналогичный процесс повторяется до тех пор, пока общее число хэшей не будет равно единице или корневому хэшу.
Для каждого значения, хранящегося внутри данного дерева, вам потребуется ввести определенный ключ. Для получения соответствующего значения, хранящегося в листовых узлах, вы должны получить команду ключа: цепочки какого дочернего узла необходимо придерживаться. Что касается Эфириума, то отображение ключа/значения, необходимого для дерева состояний, находится между адресами и связанными с ними учетными записями, в том числе balance, nonce, codeHash, а также storageRoot для каждой из учетных записей, при этом storageRoot является деревом.
Подобная структура префиксного дерева также может применяться для хранения как транзакций, так и страницы приема оплаты. Если останавливаться на этом более подробно, то каждый блок имеет так называемый «header» или заголовочный файл, в котором хранится хэш корневого узла трех разных структур дерева Меркла, в том числе:
Возможность эффективного хранения данной информации в префиксном дереве Меркла Эфириума является невероятно практичным решением для так называемых тонких клиентов или тонких узлов. Необходимо также отметить, что поддержка блокчейна осуществляется с помощью набора узлов. Простыми словами: всего существует два вида узлов: полный и тонкий.
Полный узел архива выполняет синхронизацию блокчейна с помощью загрузки всей цепочки от блока первоначального состояния до текущего блока, содержащего заголовочный файл, при этом происходит выполнение всех располагающихся в нем транзакций. Как правило, майнеры хранят полный узел архива, поскольку без последнего у них не будет возможности участвовать в процессе майнинга. Кроме того, вы также может загрузить полный узел, при этом в выполнении каждой отдельной транзакции нет необходимости. Также стоит отметить, что каждый полный узел всегда содержит полную цепочку.
В том случае если для узла нет необходимости выполнять каждую отдельную транзакцию или запрашивать накопленные данные, то хранение полной цепочки может оказаться излишним. Именно в данном случае мы сталкиваемся с таким понятием как тонкий узел. Вместо загрузки и хранения полной цепочки, а также выполнения всех транзакций, тонкие узлы загружают только цепочку заголовочных файлов из блока первоначального состояния в текущий заголовок, при этом не происходит выполнения каких-либо транзакций. Поскольку у тонких узлов имеется доступ к заголовкам блоков, содержащих хэш трех префиксных деревьев, они могут с легкостью создавать и получать соответствующие ответы, касающиеся транзакций, событий, баланса и т.д.
Хэш в дереве Меркла распространяется от нижних ветвей к верхним, и если злоумышленник попытается заменить оригинальную транзакцию на поддельную в нижней части дерева Меркла, то это приведет к изменению хэша верхнего узла, а это, в свою очередь, приведет к изменению хэша располагающегося над ним узла и так до тех пор, пока, в конечном итоге, это не приведет к изменению корня.
Любой узел, для которого требуется проверка какой-либо части данных, использует так называемое «доказательством Меркла». Последнее состоит из:
Каждый пользователь, считывающий такое доказательство, может проверить, является ли хеширование для определенной ветви соответствующим на всем участке дерева, а также занимает ли данный фрагмент соответствующее положение в этом дереве.
Таким образом, можно сделать вывод, что преимущество применения префиксного дерева Меркла заключается в том, что корневой узел данной структуры является криптографически зависимым от данных, хранящихся в дереве. Следовательно, хэш корневого узла может быть использован в качестве безопасного идентификатора для этих данных. Ввиду того, что в заголовок блока включен корневой хэш деревьев, а также их состояния, транзакции и информацию о приходе оплаты, любой из узлов может проверять ту или иную часть состояния Эфириума без необходимости хранения всех состояний, которые могут быть потенциально неограниченным по размеру.
Горючее и вознаграждение
Одним из важных моментов в системе Эфириума является процесс оплаты. За любое вычисление, осуществляющееся в результате проведения операций с транзакциями внутри сети Эфириума, берется определенная плата. Номинал данной оплаты носит название «горючее» (от англ. gas).
Горючее – это единица измерения, которая используется для определения размера оплаты по конкретному вычислению. Цена на горючее – это количество «эфира», которое вы способны потратить на каждую единицу горючего. Измеряется цена на горючее в «gwei». Wei является самой маленькой единицей эфира, где 1018 Wei –это всего 1 эфир. Один gwei равен 1 000 000 000 Wei.
Для проведения любой транзакции отправитель должен установить лимит горючего, а также цену на горючее. Цена на горючее и лимит горючего – это максимальная сумма в Wei, которую отправитель готов заплатить за проведение транзакции.
Давайте представим, что отправитель устанавливает лимит горючего в 50 000 gwei, а цену на горючее – в 20 gwei. Это значит, что отправитель готов потратить не более 50 000 х 20 gwei = 1 000 000 000 000 000 Wei или 0,001 эфира для проведения данной транзакции.
Таким образом, лимит горючего – это максимальное количество горючего, которое отправитель готов оплатить. В том случае если на балансе его счета достаточно эфира для покрытия данного максимума, то отправитель может проводить транзакции. Кроме того, отправителю возмещаются любые убытки, связанные с неполным использованием горючего по завершении транзакции, при этом горючее будет обменяно по первоначальной ставке.
В том случае, если отправителем не было предоставлено необходимого количества горючего для проведения транзакции, последняя будет проведена «без горючего» и будет считаться недействительной. Таким образом, проведение транзакции прерывается, а любые изменения состояния аннулируются, вследствие чего система Эфириум возвращает участников сделки в первоначальное состояние. Стоит отметить, что информация о такой неудавшейся транзакции записывается в системе, так что вы можете отследить, проведение каких транзакций было проведено и на каком этапе произошел сбой. И что также немаловажно: поскольку до того момента, как у отправителя закончилось горючее, машиной уже были затрачены определенные усилия для выполнения расчетов, логично было бы предположить, что убытки, связанные с расходованием горючего, уже не будут возмещены отправителю.
«Куда именно я отправляю горючее?» — спросите вы. Итак, все деньги, которые были потрачены на приобретение отправителем горючего, отправляются на адрес бенефициария, который в большинстве случаев является адресом майнера. Поскольку майнеры выполняют расчеты и проверку транзакций, то именно они получают плату за горючее в качестве вознаграждения.
Как правило, чем выше стоимость горючего, которую отправитель желает оплатить, тем выше оплата, получаемая майнером в результате проведения транзакции и, кроме того, тем более вероятно, что майнер сделает свой выбор в ее пользу. Таким образом, майнеры свободны выбирать, валидацию каких транзакции они желают осуществить, а какие транзакции им стоит проигнорировать. Зачастую, майнеры сообщают отправителям, какую цену им стоит задать для горючего, для того чтобы первые были готовы выполнять транзакции.
Оплата за использование хранилища
Горючее используется не только для оплаты тех или иных вычислений, но также и для оплаты за использование хранилища. Общая плата за использование хранилища составляет 32 используемых байта.
Вопрос оплаты, взымаемой за использование хранилища, имеет некоторые нюансы. Например, поскольку увеличение используемого в хранилище места подразумевает увеличение размеров базы данных состояний Эфириума, и это относится ко всем узлам, то у вас появляется стимул хранить только относительно небольшой объем данных. Таким образом, если какой-либо из этапов транзакции подразумевает удаление записи в хранилище, то оплата за выполнение этой операции не взымается, при этом ввиду освобождения места в хранилище убытки также будут возмещены.
Для чего предусмотрена оплата?
Важным аспектом работы Эфириума является то, что любая операция, которая выполняется сетью, также одновременно выполняется каждым полным узлом. Тем не менее, все шаги, связанные с вычислением на виртуальной машине Эфириума, очень дорого стоят. Таким образом, для решения простых задач (например, запуска простой бизнес-логики, проверки подписей, а также иных операций, связанных с криптовалютой) могут вполне сгодиться смарт-контракты Эфириума, в отличие от тех случаев, когда требуется выполнение других, более сложных, задач: хранение файлов или электронной почты, а также выполнение задач из области машинного обучения, которые могут вызывать чрезмерную загрузку сети. Введение оплаты предотвращает действия пользователей, направленные на излишнюю загрузку сети.
В Эфириуме используется полный по Тьюрингу язык. Если вкратце: машина Тьюринга – это машина, имитирующая любой компьютерный алгоритм. Для тех, кто впервые слышит о машине Тьюринга, предлагаю прочитать эту и вот эту статьи. Благодаря такой особенности в Эфириуме появляется возможность использовать циклы, и это делает его восприимчивым к проблеме остановки – проблеме, в случае возникновения которой, вы не можете определить, будет ли программа функционировать бесконечно или нет. Например, в том случае если бы в Эфириуме не была бы предусмотрена система оплаты, то злоумышленники могли бы попытаться сорвать работу сети, выполнив бесконечный цикл внутри транзакции, при этом не понеся каких-либо убытков. Таким образом, система оплаты была введена именно для ее защиты от преднамеренных атак.
Вполне вероятно, что вы подумаете: «А я-то тут причем? Зачем я буду платить за использование хранилища?» Ну, что вам сказать, вся сеть Эфириума берет на себя плату как за вычисления, так и за использования хранилища…как-то так.
Транзакции и сообщения
Ранее я уже писал о том, что Эфириум – это система состояния транзакций. Другими словами, благодаря транзакциям, которые происходят между различными учетными записями, происходит изменение или перемещение глобального состояния Эфириума из одного состояния в другое.
Проще говоря, транзакция является криптографически подписанной частью инструкции, которая сначала задается внешней учетной записью, а затем упорядочивается и передается в блокчейн.
Всего существует два типа транзакций: отправка сообщений и создание контракта (другими словами, такие транзакции создают новые контракты в сети Эфириума).
Все транзакции содержат следующие элементы, вне независимости от типа первых:
Из информации, приведенной в разделе «Учетные записи», мы выяснили, что транзакции – как для вызовов сообщений, так и для создания контрактов –инициируются внешними учетными записями, а затем перенаправляются в блокчейн. Другими словами, транзакции – это своеобразный мост, соединяющий внешний мир и внутреннее состояние платформы Эфириума.
Но это не значит, что одни контракты не могут взаимодействовать с другими: контракты, находящиеся в глобальном контексте состояния Эфириума, могут взаимодействовать друг с другом в пределах данного контекста. Их взаимодействие или общение происходит с помощью отправки сообщений или внутренних транзакций. Единственное отличие внутренних транзакций от обычных заключается в том, что первые не создаются внешними учетными записями – но в результате создания контрактов. Они являются виртуальными объектами, которые, в отличие от транзакций, не упорядочиваются и могут существовать только в среде исполнения Эфириума.
Когда один из контрактов осуществляет отправку внутренней транзакции другому контракту, выполняется определенный код, существующий в учетной записи контракта получателя.
Стоит также отметить, что для внутренних транзакций или сообщений gasLimit не предусмотрен, поскольку лимит горючего задает инициатор исходной транзакции (например, в какой-либо учетной записи). Лимит горючего, задаваемый внешней учетной записью, должен быть достаточно высокими для проведения транзакции, включая любые дополнительные действия, которые выполняются в результате проведения данной транзакции, например, передача сообщения от одного контракта к другому. В том случае если в цепочке транзакций и сообщений для выполнения одного из последних недостаточно горючего, то его выполнение, а также выполнение всех последующих сообщений, вызванных изначальным выполнением, будет возвращено.
Блоки
Все транзакции так или иначе сгруппированы в «блоки». Блокчейн содержит несколько таких блоков, соединенных между собой.
Такие блоки состоят из:
Что такое «оммеры»?
Давайте разберемся с тем, что такое оммер (от англ. «ommer»). Оммер – это блок, родителем которого является родительский элемент текущего блока. В этой главе я вкратце опишу, для чего вообще нужны оммеры, а также из каких соображений в блоке содержится заголовки блоков для оммеров.
Их наличие, в первую очередь, обосновано тем, что время блокировки в Эфириуме намного ниже (примерно 15 секунд), чем для других блокчейнов, например, для биткоинов (примерно 10 минут). Благодаря такой особенности скорость транзакций проведения увеличивается. С другой стороны, одной из негативных сторон более короткого времени блокировки является то, что борьба майнеров за очередное блочное решение только усиливается. Такие конкурирующие блоки еще называют «блоки без родителя» (т.е. такие блоки не входят в основную цепочку блоков).
Оммеры были созданы для того, чтобы майнеры могли получить заслуженную награду за включение блоков без родителей в основную цепочку. Оммеры, включенные майнерами в основную цепочку, должны быть «действительными»: они, оммеры, должны быть потомками в шестом или более раннем поколении текущего блока. Например, после шестого поколения такие потомки не могут быть включены в основную цепь в качестве блоков без родителя: более поздние транзакции могут негативно влиять на работу системы в целом.
За оммеры вы получите награду, меньшую чем за включение полного блока. Тем не менее, это не должно умалять попытки майнеров включить такие блоки без родителя и получить свою заслуженную награду.
Заголовки блоков
Я уже упоминал ранее о том, что каждый блок имеет заголовок, но мы так толком и не разобрались, что это такое?
Заголовок блока – это часть блока, которая состоит из:
Стоит заметить, что каждый заголовок блока содержит три структуры префиксного дерева для:
Кроме того, для такого определения существует несколько терминов, которые, вероятно, должны вам показаться интересными.
Журналы
В платформе Эфириума предусмотрена возможность вести журналы, цель которых записывать информацию о различных транзакциях и сообщениях. Кроме того, для контракта также существует возможность открытого создания записи в таком журнале с помощью объявления «события», которое требуется записать.
Запись журнала включает:
Получение информации об оплате
Записи, хранящиеся в заголовке, поступают из содержащейся в журнале информации, которая относится к данным об оплате транзакции (или чеку). Подобно тому, как вы получаете чек при покупке товаров в магазине, Эфириум создает подобный чек для каждой из транзакций. И как вы уже наверное догадались, в каждом чеке содержится информация о текущей транзакции. Чек включает в себя:
Сложность блока
Сложность блока – понятие, используемое для обеспечения согласованности времени, которое необходимо для валидации блоков. Для первоначального блока сложность составляет 131 072 единиц. Для вычисления сложности любого из блоков применяется специальная формула. В том случае если валидация одного из блоков произошла более быстро чем, например, валидация последующего, то протокол, используемый в Эфириуме, увеличивает сложность последнего.
Сложность блока также влияет на nonce – хэш, выполнение которого необходимо в течение отображения блока, при этом для данной цели применяются алгоритмы проверки безопасности.
Зависимость одного параметра, сложности блока, от другого, nonce, представлена в данной формуле:
где Hd — это сложность блока
Единственный способ определить параметр nonce, который будет отвечать представленному формуле условию, заключается в использовании алгоритма проверки работоспособности для поиска всех его возможных значений. Ожидаемое время поиска всех соответствующих данному условию значений – это и есть сложность блока. Тогда мы можем сделать вывод: чем большее значение сложности блока, тем сложнее найти параметр nonce, и, таким образом, тем сложнее провести валидацию блока, в результате чего, в свою очередь, увеличивается время, необходимое для валидации последующих блоков. Значит, на основании значения, полученного в ходе определения сложности блока, используемый протокол определяет, сколько необходимо времени для валидации текущего блока.
В том случае если время, требуемое для валидации блока, оказывается меньше, чем ожидалось, то протокол занижает сложность текущего блока. Таким образом, время, требуемое для валидации блока, задается автоматически для постоянного соответствия текущим параметрам (в среднем такое время составляет 15 секунд).
Проведение транзакций
Ну, что ж, вот мы и подошли к, пожалуй, самой сложной части протоколов, используемых в Эфириуме – проведения транзакций. Давайте представим, что вы задали в сети Эфириума выполнение какой-либо транзакции. И что по вашему мнению, будет происходить с состоянием Эфириума, при проведении вашей транзакции?
Во-первых, любая транзакция должна отвечать определенным требованиям, для того чтобы ее выполнение не было отменено, а именно:
В том случае если вы выполнили все указанные выше требования, вы переходите к следующему шагу.
В первую очередь, значение авансовой стоимости горючего вычитается со счета отправителя, а показатель nonce отправителя увеличивается на 1. После чего мы можем подсчитать оставшееся количество горючего по следующей формуле: от общего количества горючего, необходимого для проведения транзакции, отнимаем заданное количество горючего.
После этого начинается выполнение транзакции. В течение проведения текущей транзакции в Эфириуме происходит отслеживание «подсостояния». Подсостояние необходимо для записи информации, которая была собрана во время проведения текущей транзакции. Такая информация будет необходима сразу по завершении выполнения транзакции и содержит:
После того как все шаги, необходимые для проведения транзакции, были завершены (при условии, что все указанные выше требования также были выполнены), состояние транзакции завершается, при этом происходит подсчет количества неиспользованного горючего, которое должно быть возвращено отправителю.
После завершения (удачного) транзакции и возврата горючего отправителю происходит следующее:
В следующей главе мы более подробно ознакомимся с различием между транзакциями, связанными с созданием контрактов, и отправкой сообщений.
Создание контрактов
Вы наверняка помните, что в Эфириуме существует всего два типа учетных записей: контрактные учетные записи и внешние. Когда вы встречаете термин «транзакции, связанные с создание контракта», вы должны знать, что цель такой транзакции заключается в создании новой контрактной учетной записи.
Для создания новой контрактной учетной записи мы, в первую очередь, должны объявить адрес создаваемой учетной записи с помощью специальной формулы. После этого происходит создание новой учетной записи. Для выполнения такой операции вы должны провести ряд действий:
После выполнения системой кода, предназначенного для создания нового контракта, в игру вступает горючее. Вы не сможете провести транзакцию если для нее требуется большее количество горючего, чем то, которое хранится на вашем балансе. В том случае если несмотря на такое ограничение вы попытаетесь провести транзакцию, то вы получите сообщение об нехватке горючего, после чего система автоматически закроется. При этом если завершение транзакции было вызвано из-за нехватки горючего, то вас перебросит на стадию, предшествующую проведению транзакции. И что самое главное: получателю не будет возмещено то количество горючего, которое было потрачено до обнаружения его нехватки.
Тем не менее, если отправитель выделил некоторое количество эфира для проведение текущей транзакции, то такое количество будет возвращено даже в случае неудачного завершения создания контракта.
Если инициализационный код был выполнен успешно, то средства, требуемые для создания контракта, должны быть внесены создателем. В данную сумму входит также стоимость использования хранилища, которая прямо пропорционально увеличивается с увеличением размеров созданного для контракта кода. В том случае если у создателя не хватает средств для проведения данной операции, то транзакция прекращается ввиду нехватки горючего и последствия будут теми же, что и приведенные выше.
Если же все прошло гладко, и мы не получили сообщения о нехватке горючего, то все неиспользованное для проведения данной транзакции горючее возвращается отправителю.
Сообщения
Выполнение операции по отправке сообщения, в общем-то, достаточно схоже с созданием контракта, не учитывая некоторых небольших отличий.
Для выполнение данной операции применение init-кода совершенно не требуется, поскольку в результате ее выполнения не создается новой учетной записи. Тем не менее, для такой операции возможно понадобятся входные данные, но только в том случае, если такие данные были переданы получателем в результате проведения транзакции. После выполнения операции по отправке сообщения становится доступным новый блок, содержащий выходную информацию, использование которой происходит при повторном выполнении такой операции.
Также как и в случае с созданием контракта, если выполнение операции по отправке сообщения было прервано в результате нехватки горючего или недействительной транзакции (например, ввиду ошибки переполнения стека, неверного адреса перехода, неправильной команды), то количество использованного для данной операции горючего не возвращается инициатору вызова. Наоборот, все неиспользованное горючее также списывается с его баланса, и состояние системы возвращается в точку, предшествующую операции перевода баланса.
До недавнего времени в Эфириуме не было возможности прервать или приостановить выполнение транзакций без потери горючего, предоставленного вами для такой цели. Например, можно представить ситуацию, когда вы являетесь инициатором создания контракта, при создании которого произошла ошибка, поскольку инициатор звонка не имел права выполнять какую-либо из транзакций. Так вот, в предыдущей версии Эфириума, до обновления платформы, в такой ситуации все оставшееся на вашем счете горючее было бы снято, при этом отправитель также не получил бы обратно своего горючего. Но с выходом обновления – Byzantium – у вас появляется возможность приостановить выполнение операций по созданию контрактов и вернуть систему в первоначальное состояние без потери оставшегося на вашем счете горючего. Таким образом, если выход из транзакции произошел в результате приостановления ее выполнения, то неиспользованное горючее возвращается обратно отправителю.
Модель выполнения
В предыдущий разделах я рассказал вам о том, как происходит выполнение транзакций. Теперь же я предлагаю вам разобраться с тем, что происходит в VM (от англ. Virtual Machine — виртуальная машина) в момент выполнения транзакций.
Часть протокола, который выполняет обработку транзакций в операционной системе Эфириума называется виртуальной машиной Эфириума (ВМЭ).
ВМЭ является машиной Тьюринга, как это уже упоминалось в данной статье ранее. Единственное отличие ВМЭ от типичной машины Тьюринга заключается в том, что для работы первой требуется виртуальное «горючее». Таким образом, все вычисления, которые могут быть выполнены в ВМЭ, так или иначе ограничены количеством циркулирующего в ней, виртуальной машине, «горючего».
Кроме того, ВМЭ присущи все особенности стековой архитектуры. Стековая машина – это компьютер, в котором применяется алгоритм LIFO.
Размер любого элемента стека в ВМЭ равен 256 битам, а максимальный размер стека достигает 1024 битов.
Для ВМЭ предусмотрен некоторый объем памяти, который не является постоянным. В нем элементы хранятся в виде массивов байтов с обращением к словам.
Для ВМЭ также предусмотрено определенная область хранения. В отличие от объема памяти, такое хранилище (или область хранения) не изменяется и является частью состояния системы. В ВМЭ программный код хранится в отдельной виртуальной ROM, доступ в которую можно получить только с помощью определенных инструкций. С этой точки зрения такая ВМЭ отличается от типичной архитектуры фон Неймана, в которой программный код хранится в памяти компьютера.
Для ВМЭ также предусмотрен свой специальный язык – байт-код ВМЭ. Когда программист, такой как вы или, например, я, пишет смарт-контракт, который будет выполняться в системе Эфириума, это обычно происходит с помощью высокоуровневого языка, такого как Solidity. После написания такого кода мы компилируем его в байт-код ВМЭ, чтобы ВМЭ могла понять написанную нами команду.
Перейдем непосредственно в выполнения операций.
Перед тем, как выполнить определенное вычисление процессор должен убедиться в том, что приведенная ниже информация является валидной и доступной:
После чего в ВМЭ начинается рекурсивное выполнение транзакции: вычисление состояние системы и состояние машины для каждого цикла. Состояние системы – это глобальное состояние Эфириума. Состояние машины включает в себя:
Для каждого цикла из оставшегося количества горючего отнимается его определенная часть, при этом счетчик команд увеличивается.
Всего существует три возможных варианта окончания цикла:
Вот такие дела. Только что мы с вами усвоили самую сложную и запутанную часть Эфириума. Не переживайте если вы чего-то до конца не поняли: вам не нужно вникать в каждую мелочь и понимать все процессы, происходящие в данной системе, ну, если только вы не собираетесь по-настоящему полностью ее изучить и работать на достаточно глубоком уровне.
Окончательное оформление блоков
Давайте же наконец-то разберемся, что происходит с блоками транзакций во время их окончательного оформления.
«Окончательное оформление» может происходить по двум вариантам, в зависимости от того, создаем ли мы блок или он уже создан. В том случае если мы только создаем блок, то окончательное оформление означает процесс майнинга текущего блока. С другой стороны, если блок уже создан, то такое определение означает процесс валидации текущего блока. В обоих из представленных выше случаев необходимо выполнить четыре условия для окончательного оформления блока.
1) Валидация (или, в случае майнинга – определение) оммеров: каждый блок оммеров, который находится в заголовке блока, должен иметь валидный заголовок блока и быть шестым потомком текущего блока.
2) Валидация транзакций: значение gasUsed для текущего блока должно быть равным значению общего количества горючего, использованного для проведения всех перечисленных в данном блоке транзакций.
3) Назначение оплаты (только в случае майнинга): В адрес бенефициария назначается 5 единиц эфира за майнинг каждого блока (в соответствии с предложением EIP-649 данная оплата будет уменьшена до 3 единиц эфира). Более того, за каждый оммер, бенефициарию текущего блока назначается оплата в виде дополнительных 1/32 от общей оплаты за текущий блок. И последнее: бенефициарию блока оммеров также назначается оплата в виде определенной суммы, для определение которой существует специальная цифра.
4) Верификация состояния и значения nonce: Для проведения данной процедуры вам необходимо обеспечить выполнение всех транзакций, а также изменение результирующих состояний. После чего вам также потребуется задать новый блок после того, как оплата за данный блок была отправлена. Процесс верификации происходит посредством сравнения завершающего состояния с состоянием префиксного дерева, хранящегося в заголовке.
Майнинг, направленный на доказательство работы
В разделе «Блоки» мы кратко ознакомились с таким понятием, как сложность блоков. Алгоритм, благодаря которому возникло понятие сложность блоков, называется доказательство выполнения работы (PoW от англ. Proof of Work).
Алгоритм PoW, используемый в системе Эфириум, носит название Ethash (ранее, но назывался Dagger-Hashimoto).
Данный алгоритм имеет следующий вид:
где m – это mixHash; n – nonce; Hn – заголовок нового блока (nonce и mixHash не входят сюда, поскольку данные значения должны высчитываться); Hn – nonce для заголовка блока; d – комплект данных DAG.
В разделе «Блоки» мы также ознакомились с различными значениями, предусмотренными для заголовка блока. К ним, как вы помните, относятся такие значения как mixHash и nonce. Еще раз напомню:
Объяснить каким именно образом mixHash и nonce высчитываются с помощью функции PoW достаточно сложная задача, и, собственно, этому моменту можно посвятить целую статью. Но если вкратце, то происходит следующее:
Значение «семени» рассчитывается для каждого из блоков. Для подсчета каждого из семени существует свой собственный «интервал», при этом каждый из интервалов равен 30000 блоков. Для каждого интервала семя является хэшем, равным серии из 32-байтовых нулей. Для каждого последующего интервала предусмотрен определенный хэш – хэш для предыдущего семени. С помощью данного семени узел находит значение псевдослучайного «хэша».
Такой хэш играет очень важную роль, поскольку с его помощью мы можем лучше понять, что собой представляют «тонкие узлы», речь о которых шла в предыдущих статьях. Целью тонких узлов является предоставление возможности для некоторых из узлов эффективно проверять те или иные транзакции без необходимости хранения всего набора данных блокчейна. Тонкий узел может провести валидацию транзакции, с помощью только данного хэша. Это происходит благодаря тому, что данный хэш может заново создавать необходимый ему для верификации блок.
Используя данный хэш, узел может создавать пакет данных DAG, в котором каждый элемент зависит от небольшого количества рандомизированных псевдо-элементов хэша. Каждый начинающий майнер должен для начала создать свой полный пакет данных. В системе для каждого из майнеров хранится отдельный пакет данных, при этом объем таких данных непрерывно растет.
Например, майнер может взять любые случайные части из пакета данных и использовать их в математической функции для того, чтобы хэшировать такие части для mixHash. Такой майнер сможет постоянно задавать значение для mixHash вплоть до получения исходных данных в виде значения nonce. Когда данное условие будет выполнено, то такое значение nonce будет считаться валидным, а блок может быть добавлен к цепи.
Майнинг как механизм защиты
В общем, целью PoW является криптографически доказать, что определенные вычисления были направлены на получение определенного результата (значения nonce). Так ужу вышло, что не существует другого способа нахождения nonce, значение которого не превышает определенного лимита, кроме как с помощь перечисления всех возможных вариантов вплоть до нахождения требуемого. Распределение выходных данных для постоянно используемого хэша функций происходит равномерно. Таким образом, мы точно знаем, что необходимое для нахождения значения nonce время явно зависит от порога сложности: чем выше порог сложности, тем дольше будет происходить поиск необходимого значения nonce. Алгоритм PoW представляет концепцию сложности, используемой в рассматриваемом блокчейне.
Что же значит безопасный блокчейн? Ответ довольно прост: безопасный блокчейн – это блокчейн, которому будут доверять абсолютно ВСЕ ПОЛЬЗОВАТЕЛИ. Как я уже писал выше, в случае если в блокчейне существует более двух цепочек, то, вполне логично предположить, пользователи не будут чувствовать себя уверено во время работы с блокчейном, поскольку никто не сможет с точностью сказать, какая из представленных цепочек является валидной.
Именно для этого применяется алгоритм PoW: обеспечивает единство цепочки в блокчейне, препятствуя созданию других цепочек блоков, которые могут повлиять на историю выполнения транзакций (например создание ненастоящих транзакций или удаление или изменение существующих). Таким образом, для того чтобы злоумышленник смог первым провести валидацию своих блоков, ему придется постоянно определять значение nonce, при чем делать это быстрее всех других пользователей сети (надеюсь, вы помните про протокол GHOST, который я описывал ранее). Само собой, для злоумышленника такой метод будет неосуществим, если только в его распоряжении не находится большая часть майнинговых ресурсов сети – такой сценарий известен как атака 51 %.
Майнинг как средство распределения финансов
Помимо того, что алгоритм PoW обеспечивает безопасную работу блокчейна, благодаря ему также осуществляется распределение вознаграждения тем пользователям, чьи вычисления были использованы для обеспечения безопасности. Я уже писал выше, что майнеры получают вознаграждение за майнинг того или иного блока, а также:
Для того чтобы не допустить подобных проколов в Эфириуме применяется специальный алгоритм PoW с последовательной памятью (Ethhash). структура алгоритма построена таким образом, что для вычисления значения nonce требуется задействовать большой объем памяти и высокую пропускную способности соединения. Требования, связанные с наличие большого объема памяти, подразумевают, что для компьютера с обычным объемом памяти будет очень сложно провести параллельное вычисление нескольких значений nonce одновременно. Что до требований к высокой пропускной способности, то даже для сверхбыстрого компьютера обнаружение нескольких значений nonce одновременно станет непростой задачей. Таким образом, благодаря таким особенностям данной системы обеспечивается снижение вероятности централизации рисков и, кроме того, создаются более равномерные условия для работы различных узлов, выполняющих верификацию.
Кстати, не так давно я узнал о том, что Эфириуме собирается переключиться с алгоритма PoW к некоему методу, который носит название «Доказательство доли владения» (от англ. Proof-of-stake). Такой метод сам по себе достоин отдельной статьи для обзора и обсуждений.
Заключение
Ну, вот мы и подошли к логическому завершению нашей статьи.
На самом деле данная статья дает много пищи для размышлений. Вам совершенно не стоит переживать на тот счет, если вы осилили данную статью со второго или третьего раза. Я лично перечитывал yellow paper и white paper для Эфириума множество раз, прежде чем начал вникать в суть дела.
Я очень надеюсь, что данная статья все-таки оказалась для вас полезной. Если вы нашли какие-то ошибки, я буду вам очень благодарен, если вы сообщите мне о них.