Czym jest finalność w blockchain i dlaczego ma to znaczenie?

Zrozumienie ostateczności w blockchainie

Finalność w blockchain oznacza niezmienne potwierdzenie transakcji lub bloku transakcji.

W konwencjonalnych systemach finansowych raz potwierdzonej transakcji nie można cofnąć. Podobnie osiągnięcie finalności w sieci blockchain gwarantuje, że transakcja jest trwała i nie może być modyfikowana po dodaniu jej do blockchain. Aby blockchain był bezpieczny i autentyczny, koncepcja ta jest kluczowa.

Ostateczność osiąga się poprzez wykorzystanie konsensusu w sieci blockchain. Różne sieci blockchain wykorzystują różne algorytmy konsensusu, każdy z unikalną metodą sprawdzania poprawności transakcji i zapewniania ostateczności, taką jak dowód pracy (PoW), dowód stawki (PoS) lub praktyczna bizantyjska tolerancja błędów.

Rodzaje finalności w blockchain

Finalność w blockchain może być probabilistyczna, ekonomiczna, natychmiastowa, bezwarunkowa lub związana z całym stanem blockchain.

Na blockchainie istnieją różne rodzaje ostateczności, z których każdy opisuje odrębny stopień pewności i nieodwracalności w odniesieniu do transakcji i bloków. Główne typy finalności na blockchainie są następujące:

Probabilistyczna ostateczność

Ostateczność jest probabilistyczna w większości systemów blockchain, zwłaszcza tych, które wykorzystują konsensus PoW, takich jak Bitcoin. Prawdopodobieństwo odwrócenia transakcji maleje wykładniczo, gdy bloki zostaną nałożone na potwierdzoną transakcję, która została uwzględniona w bloku.

Ostateczność ekonomiczna

Koncepcja ostateczności ekonomicznej jest często kojarzona z systemami PoS. Transakcję uważa się za ostateczną z punktu widzenia ekonomicznej ostateczności, jeżeli jej wycofanie byłoby nieopłacalne finansowo. W PoS walidatory lub węzły są wymagane do zapewnienia stawki jako zabezpieczenia określonej ilości kryptowaluty. Jeśli zatwierdzą fałszywe transakcje, ryzykują utratę swoich udziałów, co sprawia, że ​​złośliwe działanie staje się ekonomicznie nieracjonalne.

Natychmiastowa ostateczność

Sieć Ripple oferuje niemal natychmiastową finalność, zapewniając, że po zarejestrowaniu transakcji w księdze zostanie ona natychmiast potwierdzona i nieodwracalna. Transakcje są weryfikowane przez 150 walidatorów. Ci walidatorzy mogą potencjalnie zdobyć miejsce na liście unikalnych węzłów Ripple, która obejmuje 35 walidatorów.

Bezwarunkowa ostateczność

Po potwierdzeniu transakcji uważa się ją za w pełni i bezwarunkowo ostateczną. W żadnym wypadku transakcja nie może zostać cofnięta. Osiągnięcie bezwarunkowej ostateczności może być trudne i często wymaga dużego stopnia centralizacji lub unikalnej metody konsensusu.

Stan ostateczny

W niektórych systemach blockchain ostateczność odnosi się do pełnego stanu łańcucha bloków, a nie tylko transakcji. Przejście stanu (zmiana stanu łańcucha bloków, np. transakcja lub wykonanie inteligentnego kontraktu) nie może zostać zmodyfikowane ani cofnięte po jego zakończeniu. W przypadku aplikacji takich jak inteligentne kontrakty, gdzie kluczowa jest dokładność całego stanu aplikacji, osiągnięcie finalności stanu jest niezbędne.

Dlaczego ostateczność ma znaczenie w blockchainie

Finalność w blockchain zapewnia niezbędną gwarancję ważności i trwałości transakcji, co czyni ją podstawową koncepcją niezawodności i funkcjonalności tej technologii.

Finality zapewnia wysoki poziom bezpieczeństwa i zaufania do systemu, co sprawia, że ​​raz zatwierdzona transakcja nie może zostać zmieniona ani cofnięta. Sprawdzając, czy transakcja jest legalna i zarejestrowana w łańcuchu bloków, ostateczność zapobiega problemowi podwójnego wydatkowania, czyli sytuacji, w której ten sam zasób cyfrowy może zostać użyty więcej niż raz. 

Podwójne wydatki mogą mieć miejsce na przykład wtedy, gdy ktoś posiada jeden Bitcoin (BTC) i próbuje przesłać go w dwóch oddzielnych transakcjach do dwóch różnych odbiorców. Gwarantując ostateczność, technologia blockchain zapobiega temu. Po potwierdzeniu i zarejestrowaniu transakcji na blockchainie zasób cyfrowy zostaje uznany za wydany i nie można go wykorzystać w żadnych dalszych transakcjach.

Finalność ma kluczowe znaczenie w kontekście inteligentnych kontraktów. Szczegóły umowy między kupującym a sprzedającym są bezpośrednio osadzone w inteligentnych kontraktach, które są samowykonującym się kodem. Ostateczność gwarantuje, że wyniki tych kontraktów są deterministyczne i niezmienne.

Ponadto ostatecznym rozwiązaniem jest sposób, w jaki zdecentralizowane aplikacje (DApps) zapewniają bezpieczeństwo i wiarygodność swoich działań. Finalność gwarantuje, że decyzje i transakcje dokonane w ramach tych aplikacji są niezmienne i nieodwracalne. Co więcej, blockchain buduje zaufanie wśród użytkowników i członków sieci, czyniąc transakcje ostatecznymi. Zaufanie użytkowników do systemu wzrasta dzięki świadomości, że transakcje są nieodwracalne.

Wyzwania związane z osiągnięciem finalności w blockchain

Problemy takie jak rozwidlenie, opóźnienia sieci, luki w inteligentnych kontraktach i ataki 51% uniemożliwiają osiągnięcie finalności transakcji blockchain.

Kiedy łańcuch bloków dzieli się na kilka ścieżek, następuje rozwidlenie, w wyniku czego powstają różne wersje historii transakcji. Ta rozbieżność wystawia metodę konsensusu na próbę, co utrudnia ustalenie, która wersja jest wiarygodna, i opóźnia jej ostateczną wersję.

Na przykład hard forki mogą wynikać z nieporozumień między społecznością lub programistami w sprawie aktualizacji protokołów. Dopóki problem nie zostanie rozstrzygnięty, różne frakcje mogą nadal wspierać łańcuchy bloków PoW, co spowoduje brak ostateczności.

Opóźnienie sieci lub opóźnienie w transmisji danych między węzłami jeszcze bardziej komplikuje sprawę. Powolne połączenia sieciowe mogą powodować błędy w kolejności i walidacji transakcji, opóźniając propagację informacji o transakcjach w sieci blockchain.

Ponadto luka w inteligentnym kontrakcie może skutkować nieoczekiwanym zachowaniem, umożliwiając złym podmiotom wykorzystanie jej i cofnięcie transakcji. Podobnie podmiot posiadający ponad 50% mocy wydobywczej sieci w blockchainie PoW może mieć możliwość zmiany historii blockchaina i odwrócenia transakcji. Podważa to ostateczność i bezpieczeństwo.

Z powodu tych obaw integralność łańcucha bloków jest zagrożona, co wymaga wdrożenia przez programistów silnych algorytmów konsensusu i skutecznych protokołów sieciowych w celu ograniczenia problemów z rozwidlaniem i opóźnieniami oraz zagwarantowania terminowej i bezpiecznej finalizacji transakcji.

Techniki i algorytmy konsensusu w celu zwiększenia ostateczności

Dłuższe okresy potwierdzania, wielokrotne walidacje i najnowocześniejsze algorytmy bezpieczeństwa, takie jak Pure PoS firmy Algorand, delegowany PoS (DPoS) i HoneyBadgerBFT, mogą pomóc w zwiększeniu finalności blockchain.

Jedno podejście obejmuje dłuższy czas potwierdzenia, co pozwala na większą liczbę weryfikacji, zanim transakcja zostanie uznana za ostateczną. Prawdopodobieństwo, że transakcja zostanie potwierdzona i stanie się nieodwracalna, znacznie wzrasta wraz z wydłużeniem czasu potrzebnego do osiągnięcia konsensusu.

Ponadto zastosowanie techniki wielokrotnych potwierdzeń, w której transakcje są sprawdzane przez wiele węzłów lub walidatorów, oferuje dodatkową warstwę bezpieczeństwa, zapewniając szerszy konsensus i zmniejszając możliwość błędów lub złośliwych ataków.

Ponadto innowacyjne algorytmy konsensusu, takie jak Pure PoS, DPoS i HoneyBadgerBFT firmy Algorand, zmieniły branżę. Algorand wykorzystuje metodę PoS w połączeniu z bizantyjskim protokołem umowy, aby zapewnić szybką i nieodwracalną finalność transakcji. 

Wdrażając system oparty na reputacji, w którym niewielka grupa zaufanych delegatów sprawdza transakcje, DPoS zwiększa efektywność i finalność sieci. Podobnie algorytm HoneyBadgerBFT poprawia ostateczność i bezpieczeństwo nawet w obecności złośliwych węzłów lub opóźnień sieci, osiągając asynchroniczny konsensus bizantyjski.

Przyszłe trendy i zmiany w osiąganiu szybszej i bardziej niezawodnej finalności

Zasadniczo konieczna jest multidyscyplinarna strategia obejmująca różnorodne techniki konsensusu, najnowocześniejsze szyfrowanie i lepszą interoperacyjność, aby w przyszłości osiągnąć szybszy i bardziej niezawodny finalizm.

Jednym z takich trendów jest eksponowanie hybrydowych modeli konsensusu. Te hybrydowe algorytmy konsensusu dążą do zwiększenia skalowalności i wydajności przy jednoczesnym zachowaniu silnego bezpieczeństwa, łącząc zalety różnych algorytmów konsensusu. W ramach projektów eksperymentowano z wykorzystaniem metod PoS, ponieważ zużywają one znacznie mniej energii niż techniki PoW i skracają czas potwierdzenia.

Dodatkowo rośnie zainteresowanie zaawansowanymi metodami kryptograficznymi, takimi jak dowody wiedzy zerowej (ZK) oraz innowacyjnymi technologiami, takimi jak sharding. Dowody wykorzystujące wiedzę zerową poprawiają wydajność i prywatność, umożliwiając stronom zatwierdzanie transakcji bez ujawniania prywatnych informacji. Sharding, metoda dzielenia łańcucha bloków na mniejsze, łatwiejsze w zarządzaniu części, zmniejsza obciążenie obliczeniowe węzłów i przyspiesza przetwarzanie transakcji.

Rozwój obliczeń kwantowych może sprawić, że istniejące techniki szyfrowania staną się przestarzałe, co spowoduje konieczność stworzenia algorytmów odpornych na działanie kwantowe. Aby zachować bezpieczeństwo i finalność transakcji w obliczu zagrożeń kwantowych, sieci blockchain aktywnie badają rozwiązania kryptograficzne odporne na kwanty.

Innym obszarem zainteresowania jest sposób, w jaki różne łańcuchy bloków oddziałują na siebie. Dzięki zastosowaniu protokołów takich jak Polkadot i Cosmos transakcje między sieciami mogą być realizowane szybko i bezproblemowo. Ta interoperacyjność poprawia ogólną efektywność systemów blockchain, co skutkuje szybszą i bardziej wiarygodną finalnością.