ETH 2.0: стейкинг, шардинг и масштабирование Ethereum

Спецы Interdax анализируют Ethereum 2.0, разъясняют, как будет происходить переход на proof-of-stake (PoS) и говорят о вероятных последствиях этого перехода.

Ethereum 2.0: улучшение криптоэкономических стимулов

Переход на PoS значительно изменяет криптоэкономику Ethereum, меняя стимулы для валидации блокчейна и роли в сети. 1-ая фаза перехода на Ethereum 2.0 официально началась 1 декабря, с пуском Beacon Chain, новейшего координационного блокчейна для ETH 2.0.

Как Ethereum работает на данный момент

На нынешний денек в главный сети Ethereum, как и в остальных больших криптовалютах (Bitcoin, Litecoin), употребляется протокол proof-of-work (PoW), в каком майнеры соперничают меж собой за то, чтоб первыми отыскать верное значение, нужное для формирования валидного блока с транзакциями.

За затраченные на это энергию и ресурсы майнеры получают компенсацию в виде заслуги за блок и комиссий за транзакции. Получаемая ими заслуга за блок врубается в любой валидный блок, добавляемый в блокчейн. В Ethereum размер заслуги за блок составляет 2 ETH, в дополнение к которым майнеры получают переменную сумму уплачиваемых юзерами комиссий за транзакции.

Основное преимущество PoW-блокчейнов состоит в том, что они потенциально могут быть очень неопасными. Для того чтоб переписать блок, злодею потребовалось бы переписать и все прошлые блоки, потому штурмовать PoW-блокчейны вычислительно недешево. С учетом цены нужной энергии, таковая атака востребовала бы большущего количества ресурсов, и это событие является главной защитой PoW-блокчейнов от такового рода атак.

PoW-блокчейн Ethereum. Майнеры организуют транзакции в блоки. Хеш предшествующего блока употребляется для сотворения последующего.

Сохранность PoW-блокчейнов достигается ценой их масштабируемости и доступности. В блок Ethereum 1.0 можно включить ограниченный размер данных, так как любой блок добывается поочередно. Если количество транзакций в очереди превосходит доступное место блока, то оставшиеся транзакции должны будут ожидать последующего блока. Сделалось быть, Ethereum может обрабатывать лишь 7–15 транзакций за секунду, и хоть какое вправду успешное и получившее обширное распространение приложение, может обездвиживать работу всей сети и взвинтить уровень комиссий за транзакции.

Еще одна неувязка PoW — это централизация майнинга. Входной барьер высок, и это делает ветвь в целом наименее конкурентоспособной, а некие наименьшие криптовалюты — наиболее уязвимыми перед определенными видами атак, таковыми как атака 51% либо эгоистичный майнинг. Для того чтоб извлекать из майнинга прибыль, начинающим майнерам нужно брать спец оборудование, иметь доступ к дешевенькой электроэнергии и возможность работать в достаточно существенных масштабах.

Как итог, майнинг PoW-монет представляет собой в главном олигополистический рынок, препятствующий получению заслуги за блок маленькими игроками и личными лицами. Как видно из диаграммы ниже, всего три майнинговых пула контролируют наиболее 51% хешрейта Ethereum:

Распределение хешрейта Ethereum по майнинговым пулам по состоянию на июнь 2020 года. : Etherchain

Примечание: распределение хешрейта — удачный замещающий показатель, но майнеры и майнинговые пулы не являются синонимами, и эти числа не следует считать 100% четким представлением настоящего распределения хеширующих мощностей. К тому же распределение хеширующих мощностей — это только один из вероятных характеристик степени децентрализации криптовалютного майнинга.

Proof-of-stake: как он будет смотреться в Ethereum

Одна из задач, решаемых в Ethereum 2.0 (либо Eth2/Serenity), состоит в уравнивании средством введения PoS критерий для большего числа личных валидаторов, которые сумеют получать отдачу от сохранения истинности сети.

В отличие от PoW-майнеров, расходующих для сотворения и проверки блоков физическую энергию в виде электро энергии, в PoS-системе Eth2 валидаторы фиксируют в «стейке» (stake) 32 ETH — собственного рода залог. На пространство фиксированному выпуску новейших монет, выплачиваемых в качестве заслуги за блок, приходит модель переменного размера эмиссии, определяемого количеством заблокированных для стейкинга (он же PoS-майнинг) эфиров.

Для PoS-сетей принципиально верно соразмерить экономические стимулы. Если стимул для роли в стейкинге очень мал, сеть не наберет малого количества валидаторов, нужного для обеспечения сохранности блокчейна. Если стимул очень велик, сеть будет переплачивать за сохранность и раздуваться со скоростью, которая может нанести вред ее экономике.

Для роли в PoW-блокчейнах майнеры сталкиваются с серьезными (покупка ASIC и остального оборудования) и операционными (как, к примеру, счета за электроэнергию и недвижимость) затратами. Вне зависимости от удачливости майнера, эти расходы ложатся на плечи хоть какого майнера в PoW-сети.

Сохранность PoS-сетей обеспечивается за счет возможной утраты нерадивыми валидаторами внесенного ими стейка, другими словами серьезных либо операционных издержек валидаторы фактически не несут. В случае форка PoW-майнеры распределяют доступные им ресурсы в пользу поддержки корректной, по их воззрению, ветки. Но в PoS-системе никаких внутренних издержек на защиту сети (как, к примеру, электричество) не предполагается, потому у валидаторов нет никаких противопоказаний для стейкинга на обеих ветках форка сразу.

И так как в данном случае валидаторы не несут издержек упущенной выгоды, это делает ситуацию фактического «отсутствия ставки» (неувязка nothing at stake). Потому оптимальным поведением для валидатора представляется голосование сразу по каждой из конкурирующих ветвей, чтоб максимизировать свою прибыль. PoS-криптовалюты решают делему «отсутствия ставки» по-разному. Исследования на тему PoS и разделения Ethereum на шарды (сегменты), начались еще до января 2014 года, когда сооснователь сети Виталик Бутерин предложил последующее решение препядствия nothing at stake:

Если любая цепь будет иметь информацию о остальных цепях, то, если майнер будет пойман на майнинге сразу на 2-ух ветках, он быть может подвергнут наказанию.

Эта мысль Бутерина в конечном счете и вылилась в Casper, метод, предусматривающий наказание валидаторов, которые работают на наиболее чем одной конкурирующей ветке блокчейна либо другим образом наносят вред сети, обходя делему «отсутствия ставки».

Дизайн Eth2 подразумевает, что при атаке на сеть люди в большей мере склонны рисковать заблокированными для стейкинга криптовалютными токенами в сопоставлении с расходами на электроэнергию. Если провалившаяся атака на PoW-сеть приводит к потере издержек на электроэнергию, то изъятие стейка валидатора при неудачной атаке на PoS-сеть эквивалентно уничтожению всей серверной фермы. Стоимость атаки на Eth2 равна сумме заблокированных для стейкинга ETH — такой размер штрафа за вредные деяния валидатора. Так как Eth2 предугадывает сразу стимулы для добросовестных валидаторов и наказание для злостных, то защита сети от нерадивых акторов на теоретическом уровне обязана стать посильнее.

Обзор Eth2/Serenity

Реализация Eth2 осуществляется поэтапно и происходит в несколько шагов: фазы 0, 1 и 2, как тщательно показано на схеме ниже:

Фазы реализации Eth2. : docs.ethhub.io

С каждым шагом эти конфигурации будут обхватывать все огромную долю Ethereum и его комьюнити. Юзерам предоставлена возможность для ранешнего роли в стейкинге в фазе 0, или они могут просто подождать, пока PoW-блокчейн Ethereum (Eth1) не мигрирует стопроцентно на Eth2.

Сеть будет оставаться работоспособной, даже если одна из программ-клиентов столкнется с неувязкой консенсуса, при условии, что ни на один из клиентов не приходится наиболее трети от общего числа нод/валидаторов.

Программки-клиенты для Eth2. : docs.ethhub.io

Ниже описаны несколько основополагающих концепций Eth2:

  • Casper: композиция Casper the Friendly Finality Gadget (FFG) и LMD-GHOST (известного также как Gasper) призвана обеспечить плавный переход от старенького механизма консенсуса PoW к PoS, поначалу через наложение новейшего протокола на текущий. LMD-GHOST — это аббревиатура от Greedy Heaviest Observed Subtree – Last Message Driven (скупое и самое значимое видимое поддерево, управляемое крайним сообщением). Подробную информацию о том, как сеть будет перебегать на PoS, можно отыскать тут (англ., PDF). В Casper есть две главные заповеди. 1-ая: валидатор не должен передавать два различных голоса для одной высоты блока. 2-ая: валидатор не должен голосовать в границах остальных собственных голосов. Этот механизм дозволяет избежать большинства заморочек, имеющихся как в имеющихся PoS-подходах, так и в семействе Byzantine Fault Tolerant (устойчивых к византийской ошибке) алгоритмов консенсуса. Хоть какой валидатор, нарушающий какую-либо из этих заповедей, считается вредным и лишается всего собственного депозита (не только лишь суммы стейка). В целях увеличения доступности и сокращения способности для цензурирования транзакций, предвидено также наказание за уход нод офлайн.
  • Beacon Chain (координационный блокчейн): в качестве первого шага по переходу на PoS в фазе 0 был запущен координационный блокчейн с PoS-механизмом Casper. Будучи основой будущей PoS-сети, Beacon Chain должен обеспечивать темп заслуги консенсуса и состоит из слотов и эпох. По достижении в ethereum-комьюнити определенного уровня консенсуса в отношении стабильности разных клиентов, на Eth1 был размещен депозитный договор. Цель этого договора заключается в сборе стейков от возможных валидаторов ETH 2.0, чтоб они могли получить доступ к проверке данных в Beacon Chain. Опосля того как на этот договор было депонировано данное количество ETH (524 288 ETH), 1 декабря координационный Beacon Chain был запущен и начал создавать блоки.
  • Шардинг: на сей день любая нода Ethereum обязана инспектировать и делать каждую транзакцию, что понижает масштабируемость и пропускную способность сети. Шардинг — это возможное решение препядствия масштабирования блокчейна, которое будет вводиться в действие равномерно, начиная с фазы 1. Термин значит горизонтальное разделение базы данных. В общих чертах, разбитый на шарды блокчейн имеет подмножества валидаторов, которые обрабатывают и инспектируют транзакции лишь в рамках собственного сектора – шарда. Ожидается, что разбитый на шарды Ethereum сумеет обрабатывать наиболее 15 000 транзакций за секунду. Любой шард — это отдельный блокчейн со своим своим состоянием (остатки на счетах, смарт-контракты) и историей транзакций. По плану, во 2-ой фазе шардинг должен занять центральное пространство в дизайне системы Ethereum и масштабировать его PoS-блокчейн.
  • Фаза 0: Beacon Chain

    На данный момент Eth2 находится в фазе 0, которая содержит в себе тестирование и [произошедший 1 декабря 2020 г.] пуск Beacon Chain (координационного блокчейна), базы новейшей PoS-архитектуры Ethereum.

    На схеме ниже показана архитектура Beacon Chain:

    Beacon chain. Приспособлено из источника: https://ethos.dev/beacon-chain/

    В нулевой фазе Beacon Chain еще не может обрабатывать транзакции, делать смарт-контракты либо остальные функции, доступные на PoW-блокчейне Ethereum, Eth1. На Beacon Chain реализован метод окончания транзакций Casper (FFG) и генератор случайных чисел для перетасовки валидаторов и симулирования перекрестных ссылок меж несуществующими еще блокчейнами шардов. Eth1 продолжает получать обновления и работать наряду с новеньким координационным блокчейном для Eth2.

    Eth2 рассчитан на как минимум 16 384 валидатора (ожидается, что в течение нескольких лет эта цифра вырастет до сотен тыщ). В нулевой фазе валидаторы могут голосовать по блокам и получать вознаграждение за стейкинг в Beacon Chain.

    Случайное распределение валидаторов обязано служить гарантией от спланированной атаки на сеть со стороны злостных акторов, так как валидаторы распределяются по различным блокам. Любому блоку назначается случайным образом избранный комитет валидаторов, потому маловероятно, что злодей, контролирующий наименее трети всех валидаторов, сумеет организовать атаку на какой-нибудь блок.

    В первой реализации Casper для прибавления в блокчейн новейших блоков употребляется текущий механизм предложений из Eth1. Если два блока были предложены сразу, валидаторы получают вознаграждение лишь при ставке на одну цепочку, потому имеет смысл созодать ставку на начальную цепочку, так как конкретно она с большей вероятностью окажется удачной.

    Что еще наиболее принципиально, в Casper предусмотрен механизм, который одномоментно и в полном объеме забирает стейк хоть какого валидатора, пытающегося поддержать невалидную ветку, проверяя наиболее 1-го блока за раз. Если валидатор попробует скомпрометировать сеть (т.е. валидировать неправильную историю данных), то ETH из его стейка будут изъяты — стопроцентно либо отчасти. Юзеры могут представлять подтверждения голосования валидаторов по неправильным веткам и инициировать для их наказание. Другими словами Casper решает делему «отсутствия ставки» методом введения штрафов за неточное голосование.

    Не считая того, если валидатор Eth2 уйдет офлайн и не будет делать свою долю вычислительных обязательств, то его заслуга за блок будет равномерно понижаться, чтоб провоцировать валидаторов оставаться в сети бесперебойно, как это может быть.

    Как происходит голосование за блоки в Eth2?

    Beacon Chain (координационный блокчейн Ethereum 2.0) можно сопоставить с метрономом, задающим темп для заслуги консенсуса системой.

    Любой разъем составляет 12 секунд, любая эра состоит из 32 слотов, что эквивалентно 6,4 минутки (как показано ниже).

    Когда система работает нормально, любые 12 секунд в Beacon Chain добавляется новейший блок. Приспособлено из источника: https://ethos.dev/beacon-chain/

    В каждую эру псевдослучайный процесс RANDAO выбирает для всякого слота инициаторов блоков (proposers) и распределяет валидаторов в комитеты. Валидаторы могут участвовать лишь в одном слоте и в одном комитете за эру. В любом комитете для всякого слота участвуют не наименее 128 валидаторов.

    Валидатор участвует в консенсусе назначенного ему шарда и может голосовать за указатель head этого сектора (хотя истинные шарды будут реализованы лишь в фазе 1). Валидатор связывает «голову» шарда — его крайнее состояние — с beacon-блоком для слота. Валидаторы также контролируют друг дружку и получают заслугу за сигналы о нерадивом поведении остальных валидаторов — о конфликтующих голосах либо предложении сразу нескольких блоков.

    Комитету псевдослучайным образом назначается шард для связывания средством перекрестной ссылки с beacon-блоком. Состав комитетов не постоянен. Комитет, ответственный за связывание перекрестными ссылками блока шарда, изменяется от блока к блоку. Подробное исследование комитетов шардов, ответственных только за состояние блокчейна шарда, — это тема для будущих исследовательских работ.

    В каждую эру валидаторы поновой сортируются в комитеты для сотворения аттестаций (либо голосования) по любому из 32 слотов. Приспособлено из источника: https://ethos.dev/beacon-chain/

    Главным источником перегрузки на Beacon Chain являются голоса (либо аттестации). Аттестация — это глас валидатора, взвешенный по его балансу, и такие аттестации транслируются валидаторами в дополнение к блокам.

    Блок в первом слоте эры именуют чекпойнтом (контрольной точкой) либо граничным блоком эры. В эре постоянно есть один чекпойнт-блок, где все валидаторы голосуют по Casper FFG. Блок быть может чекпойнтом и для нескольких эпох.

    Почти всегда валидаторы — это аттестаторы, голосующие за блоки Beacon Chain и шардов. Эти голоса записываются в Beacon Chain. Голоса определяют животрепещущее состояние Beacon Chain и шардов.

    Когда члены комитета голосуют за блок, они должны ссылаться и голосовать за определенный чекпойнт-блок из истории, также дать глас за определенный предложенный блок. Либо, поточнее, ссылку на переход от 1-го чекпойнт-блока к другому (от начального к мотивированному чекпойнту) — механизм, дающий уверенность в том, что процесс голосования урегулирован.

    Блок считается «обоснованным» (justified), если поверх него сформирован чекпойнт-блок и наиболее чем две третьих членов комитета ссылаются на этот чекпойнт. Это быть может достигнуто, самое преждевременное, по истечении 2-ух третей эры. Когда эра завершается, чекпойнт считается обоснованным.

    Чекпойнты и окончательность. Приспособлено из источника: https://ethos.dev/beacon-chain/

    Потом этот блок становится финализированным, когда опосля него в блокчейн записывается два новейших обоснованных блока. Обычно, время до обоснования блока будет составлять одну эру (~6,4 минутки), а до его финализации — две эры (~12,8 минутки).

    Голосование, проведенное с ролью 2-ух третей от числа всех активных валидаторов, рассматривается как квалифицированное большая часть. Как достигается квалифицированное большая часть и чекпойнт финализируется, транзакции в этом блоке навечно записываются в блокчейн и уже не могут быть отменены — это именуется Casper finality.

    Правило выбора форка LMD-GHOST гарантирует, что при расчете животрепещущего состояния (head) цепочки учитывается лишь крайний глас всякого валидатора, а не хоть какой его выбор, изготовленный в прошедшем (что существенно уменьшает размер требуемых вычислений).

    Для Casper FFG все голоса состоят из 2-ух ‘субголосов’: один — за эру, которая обосновывается на этот момент, и 2-ой — за предшествующую, финализируемую эру. Такое разделение на два субголоса уменьшает потребность в доборной связи меж нодами, позволяя сети масштабироваться до большего числа валидаторов.

    Консенсус в Eth2 основывается на последующих принципиальных разработках:

    • LMD-GHOST (добавляет новейшие блоки и описывает голову цепочки) — дозволяет стремительно и отлично добавлять блоки;
    • Casper FFG (воспринимает окончательное решение о том, какие блоки являются либо не являются частью цепочки) — обеспечивает сохранность следования за LMD-GHOST и финализирования эпох.

    Вкупе все валидаторы в эру средством голосования Casper FFG стремятся финализировать одну контрольную точку, а все валидаторы, назначенные слоту, средством голосования LMD-GHOST стремятся найти один консенсусный указатель head координационного Beacon Chain.

    Связывание Eth1 и Eth2

    Для роли в нулевой фазе был сотворен новейший токен для Beacon chain (BETH), обменный курс которого привязан к ETH. BETH создаются через одностороннюю транзакцию из Eth1 в Eth2 и не могут быть возвращены в главный блокчейн до окончания нулевой фазы. Внедрение BETH в блокчейнах шардов (для смарт-контрактов) станет доступно в фазе 2.

    По зачислении ETH на bridge-контракт («контракт-мост») юзер получает такую же сумму BETH на Beacon Chain. Малая сумма депозита на bridge-контракт составляет 1 ETH, но для того чтоб стать валидатором, необходимо внести не наименее 32 ETH. Внедрение однобокого моста делает систему проще и надежнее, но предполагает возможный риск блокировки (также возможность появления рынков фьючерсов на отдельные токены Eth1 и Eth2).

    Мейннет Beacon Chain обрабатывает депозиты (опосля некой задержки, чтоб исключить «двойную трату») и переводит юзеров в статус валидаторов. Опосля этого валидаторы получают возможность подтверждать блоки в Beacon Chain и получать вознаграждение за счет эмиссии новейших токенов (по последней мере до того времени, пока не будут разрешены пользовательские транзакции).

    Для пуска нулевой фазы нужно было собрать не наименее 524 288 ETH и 16 384 валидатора, чтоб обеспечить достаточный уровень децентрализации и сохранности, что и было изготовлено к 1 декабря, когда произошел пуск Beacon Chain. С течением времени в экосистеме Ethereum должны будут показаться продукты и решения, дозволяющие юзерам соединять воединыжды свои средства в пулы и получать соразмерную собственному вкладу долю от общего вознаграждения за стейкинг.

    При мало вероятном количестве валидаторов (16 384), годичная доходность стейкинга составляет около 20% (при условии 95% времени неотказной работы ноды). Но по мере роста общего стейка ETH и числа валидаторов доходность будет сокращаться. Ниже приведен график, показывающий устойчивый рост числа возможных валидаторов за крайний год.

    Количество возможных валидаторов Eth2. Учитываются лишь счета, принадлежащие наружным обладателям. : Glassnode

    По состоянию на 17 мая 2020 г. (доступ к наиболее поздним данным был ограничен платной подпиской) количество адресов с балансом ≥ 32 ETH составляло 115 411.

    Потенциальные опасности и доходы валидаторов

    Есть разные статьи издержек и дохода, которые следует учесть инвесторам, заинтересованным в запуске валидатора для Eth2. К примеру, Beacon Chain деактивирует всех валидаторов, баланс которых сокращается до 16 ETH — это именуется «принудительным выводом» (forced exit). При всем этом стейкер имеет возможность вывести хоть какой остаток баланса валидатора (но не ранее начала фазы 1).

    Баланс добросовестного валидатора можно будет вывести приблизительно через 27 часов. Валидаторы сумеют также покинуть сеть добровольно («voluntary exit») опосля того, как отработали 2048 эпох (что соответствует приблизительно 9 денькам). При любом выходе валидатора — добровольческом либо принудительном — существует задержка в четыре эры, до этого чем стейкер сумеет запросить вывод средств из собственного стейка. В эти четыре эры валидатор еще быть может пойман на нерадивом поведении и лишен средств в стейке, стопроцентно либо отчасти. Но для подвергнутого штрафу валидатора задержка перед выводом средств возрастает до 8192 эпох (около 36 дней).

    Ниже перечислены главные выгоды и издержки, ассоциируемые с поддержанием нод-валидаторов:

    Выгоды:

    • Заслуги за аттестацию: валидаторы получают вознаграждение за аттестации (голосование в LMD-GHOST и Casper FFG), с которыми соглашается большая часть остальных валидаторов. В первой фазе Eth2 валидаторы также будут получать вознаграждение за перекрестные ссылки. Аттестации в финализированных блоках стоят дороже.
    • Заслуги зачинателям блоков: вознаграждение получают зачинатели блоков (proposers), которые в конечном итоге были финализированы. Валидаторы, повсевременно находящиеся онлайн и отменно выполняющие свои обязанности, получают приблизительно одну восьмую от общего вознаграждения за предложение блоков с новенькими аттестациями. При сокращении депозита виноватого валидатора, зачинатели блоков также получают маленькое вознаграждение за включение в блок записи о этом.
    • Заслуги информаторов (разоблачителей): разоблачители могут получать заслугу за сигналы о совершении валидаторами наказуемых действий. В нулевой фазе все заслуги информаторам практически перебегают зачинателям блоков.

    Издержки:

    • По ориентировочной оценке, вычислительные издержки для beacon-ноды и клиента валидатора составляют около 120 $/год.
    • Штрафы аттестаторам: валидаторы получают штрафы, если не аттестуют блоки либо если аттестуют блоки, которые не были финализированы.
    • Штраф за бездействие: если достаточное количество нод становится неактивным, они с течением времени теряют собственный баланс, так, чтоб (взвешенное по стейку) отношение валидаторов онлайн к их общему числу опять превысило две третьих, и Eth2 мог продолжить принимать решения как протокол. Штрафы за бездействие — это один из устройств обеспечения жизнеспособности Eth2 в случае некоего апокалиптического действия. В случае отключения от сети наиболее чем трети валидаторов, автономные валидаторы найдут, что их балансы сократились так, что их роль в консенсусе сети больше не является нужным.
    • Нарушения, наказываемые моментальным сокращением депозита: штрафы за такие нарушения варьируются в спектре от 0,5 ETH до всего стейка валидатора. До того времени, пока валидатор не подпишет конфликтующую аттестацию либо предложение, его стейк не быть может сокращен либо изъят. Валидатор теряет не наименее 1/32 собственного баланса и деактивируется, другими словами принудительно выводится из числа валидаторов. Протокол также налагает на него доп наказание, исходя из того, сколько остальных валидаторов было наказано за то же нарушение приблизительно в то же время. Так что если одна третья часть всех валидаторов в маленький просвет времени совершит такового рода нарушение, то все эти валидаторы лишатся собственного баланса в полном объеме.

    К нарушениям, наказываемым моментальным сокращением стейка, относятся:

    • Двойное предложение: когда зачинатель блока дает для назначенного ему слота наиболее 1-го блока.
    • Окружающее голосование: когда валидатор подает в FFG глас, который окружает предшествующий глас в FFG этого валидатора (либо сам является окруженным им).
    • Двойное голосование FFG: когда валидатор в рамках одной эры подает в FFG два голоса для всех 2-ух целей. Это может произойти во время форка.

    Вознаграждение всякого валидатора определяется функцией, оборотной квадратному корню по отношению к размеру эмиссии. Чем больше полное количество ETH, внесенных в стейк для PoS-майнинга Eth2, тем больше выпускается токенов Eth2 для компенсации валидаторам.

    По мере того, как количество ETH в общем стейке вырастает, доходность валидаторов понижается, так как выгоды от стейкинга перевешиваются наиболее высочайшей эмиссией, что понижает доходность отдельных валидаторов. На диаграмме ниже показаны разные уровни доходности и эмиссии зависимо от количества ETH в стейке.

    : docs.ethhub.io

    Когда сумма стейка возрастает, базисная доходность валидатора понижается, а скорость эмиссии вырастает. Если в стейке Serenity будет расположено 10 млн ETH, то годичная доходность составит 5,72%, а наибольший годичный размер эмиссии — 572 433 ETH.

    Для того чтоб оценить настоящую доходность (доходность минус инфляция токена), необходимо также учесть инфляцию токена. Так как вознаграждения будут выплачиваться как валидаторам Eth2, так и через обыденную заслугу за PoW-блок, комбинированная инфляция 2-ух цепочек сначало может резко вырасти, но потом будет стремиться к спектру 0–1% по мере постепенного ослабления упора на PoW-блокчейне в фазе 2.

    Интересующиеся могут пользоваться сиим калькулятором для расчета возможной доходности.

    Комиссии сети также будут главным фактором роста дохода валидаторов. Если заслуга за блок будет очень низкой, то без значимого роста комиссий за транзакции сеть станет наименее неопасной, так как экономический стимул для стейкинга будет очень слабеньким. Если в итоге удачной реализации EIP 1559 комиссии за транзакции будут отчасти сжигаться, это прирастит потребность в развитом рынке комиссий для поддержки валидаторов.

    Фаза 1: блокчейны шардов

    Фаза 1 обязана быть начата приблизительно через год опосля пуска Beacon Chain (фаза 0).

    В данной для нас фазе блокчейн Ethereum будет разбит на 64 блокчейна шардов, которые работают параллельно и ведут взаимодействие меж собой. Шардинг обеспечивает бóльшую масштабируемость, позволяя Ethereum сразу обрабатывать несколько транзакций (на теоретическом уровне, 64 блока сразу). Поначалу на шарды будут разбиты лишь блокчейн-данные, в то время как выполнение и изменение состояний не будут сегментированы прямо до фазы 2.

    Структура разделения на шарды обеспечивает также больше гибкости для желающих запустить свою ноду. Юзеры могут выбирать разные типы нод, такие как:

    • суперполные ноды, загружающие все данные Beacon Chain и любой блок шардов, на который в Beacon Chain есть ссылка;
    • ноды на один шард, действующие как ноды верхнего уровня, но также стопроцентно загружающие и верифицирующие все данные в границах определенного шарда, который представляет для юзера больший энтузиазм.

    Блокчейны шардов могут быть полезны для приложений, которым требуется хранилище данных с высочайшей доступностью, так как общий размер данных, доступных системе, оценивается в спектре 1–4 Мбит/сек.

    Для сотворения блоков, включающих 64 перекрестные ссылки, Beacon Chain будет нужно роль не наименее 262 144 валидаторов (что эквивалентно наиболее чем 8 миллионам ETH). Любой из шардов (0–64) на схеме ниже можно разглядывать как отдельные блокчейны, взаимодействующие меж собой.

    Блокчейны шардов соединяются с Beacon Chain средством перекрестных ссылок шардов. Приспособлено из источника: https://ethos.dev/beacon-chain/

    Огромное количество комитетов валидаторов на разъем из фазы 0 сейчас распределяются по различным сегментам-шардам. Для всякого шарда определяется свой комитет стейкеров, этот комитет часто изменяется.

    Как и в Beacon Chain, одному члену комитета поручается сформировать блок в отведенный просвет времени, а другие члены комитета голосуют по любому предложению. Когда Beacon Chain связывается перекрестными ссылками с блоками шарда, вся эта информация о голосованиях врубается в Beacon chain.

    Перекрестные ссылки — это ссылки в beacon-блоках на блоки шарда; средством их Beacon Chain смотрит за животрепещущим состоянием блокчейна шарда.

    Перекрестные ссылки служат трем главным целям:

    • чтоб голоса в комитетах шардов можно было считать как голоса в главном Beacon Chain;
    • для обоснования и финализации блоков шарда;
    • для всех других форм коммуникации (как, к примеру, трансфер ETH либо остальных активов) меж шардами.

    Так как вначале будет существовать 64 шарда, любой beacon-блок будет содержать до 64 перекрестных ссылок. Если в 63 шардах в текущем временном слоте не было предложенных блоков, то в beacon-блок будет записана лишь одна перекрестная ссылка. Все приписанные к комитету валидаторы пробуют связать ссылками определенный шард.

    В фазе 1 валидаторы случайным образом распределяются или в Beacon Chain, или в определенный шард. Когда размер общего стейка составляет меньше 8,4 миллиона ETH, валидаторов для настоящего обслуживания всех шардов становится недостаточно, и потому работа шардов может несколько замедлиться.

    Beacon Chain обеспечивает гарантию окончательности транзакций снутри шардов. Опосля финализации соответственных блоков в Beacon Chain юзеры блокчейна шарда могут быть совсем убеждены в окончательности совершенных в нем транзакций.

    EVM 2.0: eWASM

    Шарды Ethereum не будут применять существующую Ethereum Virtual Machine (EVM), но перейдут сходу на eWASM. Любой шард будет включать в себя виртуальную машинку на базе eWASM, эквивалент нынешней Ethereum Virtual Machine.

    eWASM, либо несколько видоизмененный под нужды Эфириума WebAssembly, — это движок, который делает смарт-контракты и значительно влияет на то, сколько транзакций быть может обработано и потом добавлено в блок, добавочно увеличивая пропускную способность сети.

    Остальные достоинства eWASM содержат в себе усовершенствованную сохранность и поддержку большего числа языков программирования.

    Фаза 2: реализация блокчейнов шардов

    Как и в случае с первой фазой, определенная дата перехода во вторую фазу буквально не определена, но приблизительно планируется на начало 2022 года. Фаза 2 подразумевает успешную реализацию и PoS, и шардинга, что дозволит применять ETH-аккаунты, совершать транзакции, выводить средства и вести взаимодействие со смарт-контрактами — все это на Eth2.

    Держателям ETH не придется куда-то переводить либо обменивать свои токены — их можно будет беспрепятственно применять на Eth2. История транзакций необычного PoW-блокчейна/Eth1 сохранится, но он больше не будет нуждаться в поддержании PoW-механизма консенсуса.

    Блокчейн Eth1 будет перенесен в Eth2 и будет существовать как один из 64 шардов рядом с Beacon Chain, так что никакого нарушения непрерывности истории данных появиться не обязано.

    Есть два вероятных метода переноса ETH 1.x в ETH 2.0:

  • Преобразование EVM и истории Eth1 в одну из сред выполнения Eth2, что минимизирует требования к передвижения для Dapps.
  • Другое решение основано на клиентском ПО Eth1 без сохранения состояний, где состояние шарда 0 может содержать корень состояния системы Eth1. Зарегистрированные валидаторы, поддерживающие Eth1, могут быть случайным образом выбраны как зачинатели блоков шарда 0 и должны будут поддерживать ноды Eth1.
  • Тщательно о процессе мержинга Eth1 и Eth2 можно прочитать тут (англ.).

    Одна из областей исследования в Eth2, имеющих огромное значение в фазе 2, известна как клиенты без сохранения состояний (stateless clients). Стейтлесс клиенты дозволят нодам шардов отрешиться от поддержки состояния. Понятие состояния существует на уровне приложения, а не на уровне консенсуса; это значит, что ноды лишь «подключаются» к определенной среде выполнения, информацию о которой они обязаны иметь. Заместо того чтоб хранить в любом блоке шарда полное состояние, сохраняется лишь сгенерированный из данных корневой хеш.

    Нодам не непременно поддерживать огромную базу данных текущего активного хранилища. Заместо этого они могут применять в каждой транзакции witness-данные и предоставлять ветки Блекла для значений состояния, доступ к которым нужен для определенной транзакции.

    Новенькая «стейтлесс» модель делает текущие реализации нулевой и первой фаз еще наиболее действенными. Не считая того, при всем этом отпадает необходимость в отдельной перетасовке комитетов. Это увеличивает сохранность, так как сокращение периода перетасовки в цепочке шарда значит сокращение времени на сговор меж валидаторами, а синхронизация полной ноды становится проще. Наиболее долгий период перетасовки в Beacon Chain значит, что сеть наиболее размеренна, и понижает нагрузку на синхронизацию легкого клиента любые 6 минут.

    Очередной функцией, которая обязана быть реализована в фазе 2, станут транзакции меж шардами. Тщательно о таковых транзакциях можно прочесть тут (англ.). Не считая того, среды выполнения дозволят перенести Eth1 (а потенциально и остальные блокчейны, такие как Bitcoin) на Eth2.

    Но еще остаются некие открытые вопросцы в отношении транзакций меж шардами, также почти всех остальных составляющих фазы 2, включая возможность обновления сред выполнения без выполнения форка, управление средами выполнения и остальные их индивидуальности.

    Заключение

    Суммируя все вышеупомянутое, в фазе 0 произошел пуск Beacon Chain, новейшего блокчейна, который обеспечивает базу для будущей PoS-системы Ethereum методом налаживания работы валидаторов, предназначения вознаграждений и штрафов и введения однобокой привязки BETH к ETH.

    Фаза 1 предполагает пуск блокчейнов шардов, связывание их перекрестными ссылками и внедрение eWASM в качестве виртуальной машинки для всякого шарда.

    В конце концов, в фазе 2 шардинг должен быть реализован уже в полном объеме. Аккаунты, смарт-контракты, Dapp и вся основная активность сети перейдут на новейшую цепочку. Сам блокчейн Eth1 тоже будет равномерно перенесен в Eth2, завершая переход сети на PoS.

    Так смотрится полная схема архитектуры Eth2:

    : Hsiao-Wei Wang

    Переход Ethereum на PoS — принципиальная задачка, сопряженная с вероятностью получения огромных преимуществ и сопровождаемая существенными рисками. Главные достоинства Eth2 включают:

    • Понижение входного барьера: PoS избавляет необходимость использования специализированных ASIC для роли в валидации блокчейна и получения вознаграждений в ETH. Больший уровень роли в сети, может быть, будет содействовать наиболее широкому распространению Ethereum.
    • Возможное повышение уровня децентрализации сети: понижение входного барьера значит, что участвовать в валидации сети сумеет хоть какой человек, имеющий подключение к вебу, клиент-валидатор и некое количество ETH. Уход от PoW избавляет препядствия, связанные с ASIC и концентрацией майнинга. Улучшение масштабируемости и пропускной возможности обязано упростить для юзеров пуск своей ноды, что потенциально делает сеть наиболее надежной.
    • Возможное повышательное давление на стоимость ETH: блокирование ETH для стейкинга уменьшает скорость его воззвания и размер находящихся в обороте монет. Не считая того, прогресс Eth2 может положительно воздействовать на настроения трейдеров.
    • Потенциал для перевоплощения ETH в актив, генерирующий прибыль: инвесторы сумеют получать доход от стейкинга не наименее 32 ETH. Это может содействовать повышению спроса на ETH и положительно воздействовать на отношение инвесторов к криптоактивам в целом.

    К главным рискам Eth2 относятся:

    • Неподтвержденная, ограниченная практика использования PoS в сопоставлении с PoW. Принципиально верно применять экономические стимулы, чтоб не создавать уязвимости к каким бы то ни было атакам и чтоб сеть могла накопить достаточную ценность для обеспечения своей сохранности. Почти все основанные на PoS и Delegated PoS системы на практике не показали значимой децентрализации, и принесение этого характеристики в жертву масштабируемости быть может связано с возможным риском.
    • Сохранность сети определяется стоимостью ETH: падение цены может привести к появлению цикла негативной оборотной связи. С падением цены понижается и сохранность сети. По мере того, как держатели ETH понимают данный факт, энтузиазм к тому, чтоб становиться валидатором, может сокращаться, содействуя предстоящему понижению цены и еще большему вреду сохранности сети.
    • Повышение концентрации ETH: одна из заморочек систем на базе PoS состоит в том, что в их богатые стают еще богаче. К примеру, ETH-киты могут выделить для стейкинга больше активов и запустить больше валидаторов, чем остальные участники сети, что потенциально наращивает концентрацию ETH в руках больших игроков.
    • Неожиданные препядствия при переходе с PoW на PoS: таковой уровень трудности архитектуры сети и планируемый мержинг Eth1 и Eth2 делают огромное количество рисков на уровне протокола. Не считая того, огромное количество исследовательских работ и разработок, которые должны быть реализованы в фазе 2 и дальше, еще лишь ждут собственного окончания. С учетом длинноватых временных рамок и трудности стоящих перед Ethereum заморочек, это делает риск задержек, которые могут приводить к росту давления продаж и ослаблению оптимизма посреди трейдеров.
    • Недостающий спрос на стейкинг Eth2: инвесторы будут учесть издержки упущенной выгоды при стейкинге ETH и стремиться к получению наибольшей доходности по своим активам. Статус валидатора ETH 2.0 должен оставаться довольно экономически симпатичным, чтоб отвлечь инвесторов от остальных способностей для генерирования прибыли, таковых как DeFi либо классические рынки. Можно также включить в этот перечень неопределенные требования к оборудованию и опасности, связанные с блокированием средств (на данный момент инвесторам приходится перекрыть свои ETH как минимум год – полтора).

    Обновление до Eth2 обещает представить миру масштабируемую платформу для децентрализованных систем и приложений, но это будет непростой процесс, который по самым оптимистичным оценкам займет пару лет. Не стоит забывать и о конкуренции со стороны остальных PoS-сетей, таковых как Cardano, Tezos либо Aethereum. Но в случае удачного перехода на Eth2, Ethereum, быстрее всего, укрепит свое преимущество первопроходчика в нише блокчейна для смарт-контрактов.

     

    Делитесь вашим воззрением о данной для нас статье в комментах ниже.

    Author: Anonim