Разные типы распределенных реестров и принципы их работы

До момента изобретения компьютеров и интернета повсеместно на протяжении 7 веков использовалась бумажная система двойного ввода (Дебет/Кредит), которая возникла в Италии. Хотя идея блокчейна получила актуальность и известность после запуска биткоина в 2008 году, сама идея была концептуализирована еще в 1991 году, когда Стюарт Хабер и У.Скотт Сторнетта представили свою работу по криптографически защищенной (с защитой от злонамеренного вмешательства) цепочке блоков данных с соответствующими метками времени.

DLT – это более широкий термин, используемый для описания технологии цифровых баз данных, которая имеет различные реализации в экосистеме, в числе которых блокчейн является наиболее популярной. DLT состоит из узлов (нод) базовой сети, которые используют различные процессы согласования для достижения общего вывода. Таким образом, технология DLT не только оцифровала всю экосистему, но и привнесла такие функции, как динамичность, неизменность, безопасность и децентрализация.

БЛОКЧЕЙН

Самым простым и распространенным примером технологии DLT является блокчейн, в котором блоки данных соединены друг с другом через идентификаторы данных, которые начинаются с хэша. Здесь каждая транзакция проходит около 4 этапов, где кто-то должен инициировать транзакцию, которая должна быть проверена узлами в сети через соглашение (т.е. консенсус «доказательство работы» в Биткоине).

Прежде чем сохранить сумму транзакции и цифровые подписи отправителя и получателя, механизм консенсуса проверяет, произошла ли транзакция в соответствии с заявленной информацией. Последний шаг перед сохранением информации о блоке – это присвоение кода данных, который также содержит информацию о блоке-предшественнике, тем самым поддерживая цепочку блоков. В зависимости от типов блокчейнов, другие люди могут или не могут видеть транзакции.

1. Федеративный — самый жесткий в плане ограничений: ограниченный доступ, гораздо лучшая масштабируемость, прозрачность и конфиденциальность; например, Центральный банк или Консорциум R3
2. Требующий разрешений/частный —  доступ может быть открытым или закрытым, но разрешение на проверку или аудит дается только нескольким лицам; упрощенный процесс согласования и обработки данных; например, Bankchain
3. Не требующий разрешений/публичный —  публичная сеть с открытым исходным кодом; прозрачность и анонимность, поскольку не вовлечена третья сторона; минимальные затраты без необходимости в обслуживании. Из недостатков: длительное время обработки; например, Биткоин.
4. Гибридный — комбинация публичной/частной сети с частично ограниченным участием; имеет гибкий подход в отношении того, что хранится в закрытом доступе, а что – в открытом. Улучшенная масштабируемость за счет того, что согласие не требуется от каждого узла сети; например, Hyperledger.

Самые популярные блокчейны – это криптовалюты Биткоин и Эфириум. Однако недостатком блокчейн-технологии является ограничение скорости транзакции в секунду (TPS) или недостаточная масштабируемость, при этом майнеры вполне могут отсрочить или отменить транзакцию. С учетом вышесказанного, для проверки транзакций могут использоваться различные механизмы консенсуса.

ХЭШГРАФ

Несмотря на то, что блокчейн и хэшграф преследую одну и ту же цель с помощью лежащей в их основе технологии распределенного реестра, а именно: получение одноранговой прозрачной валютной системы, которая не требует центрального регулирующего органа; есть некоторые фундаментальные различия в том, каким образом Хэшграфы выполняют эту задачу в обход ограничений, которые имеет технология блокчейна.

Хешграфы полагаются исключительно на механизм консенсуса для проверки транзакций в своей сети. Консенсус достигается с помощью виртуальных методов голосования и сплетен, которые обеспечивают более высокую масштабируемость и более мягкие требования к хранению. В отличие от блокчейна, в реестре хэшграфа в пределах одной временной метки, называемой «событием», в параллельном стеке могут храниться несколько транзакций. Основным отличием между двумя реализациями DLT являются механизмы консенсуса.

В то время как блокчейн дает слишком много власти майнерам, которые уполномочены выбирать, какую транзакцию проверять и когда; Хэшграф, со своей стороны, проверяет транзакции в порядке их получения, тем самым значительно сокращая время операции. Как только инициируется «событие», каждый узел в сети случайным образом выбирает соседний узел, используя протокол сплетен для передачи информации другим узлам. Вся сеть узнает о транзакции, поскольку информация распространяется по сети в течение нескольких минут. Наконец, каждый узел проверяет транзакцию с помощью виртуального голосования, прежде чем добавить ее в реестр. Поскольку валидация транзакции осуществляется исключительно на основе консенсуса, для проверки не требуется никаких «доказательств работы», что делает Хэшграф гораздо менее затратным с точки зрения вычислений. Так как все узлы знают о транзакции и могут вносить соответствующие изменения и затем отбраковывать транзакцию, это по сути означает, что вам не нужно хранить запись о транзакции в течение неопределенного срока в реестре Хэшграфа, что также смягчает требования к хранению.

Технология Хэшграфа – это изобретение Лиимона Бэрда, соучредителя и главного технического директора компании Swirlds, которое было в открытом доступе для использования с августа 2018 года. Другим заметным достижением является хэшграф-платформа Hedera, которая позволяет создавать масштабируемые и безопасные приложения по аналогии с Swirlds. В дорожной карте Hedera утверждается, что скорость транзакций варьируется от 200 000 до 500 000 TPS. Примеры практического использования этих платформ должны суметь подтвердить это утверждение: вы можете протестировать основную сеть Hedera, создав профиль на их веб-сайте.

DAG

Направленный ациклический граф, или сокращенно DAG, – еще одна высоко масштабируемая альтернатива блокчейн-DLT, которая использует другую структуру данных для своего высокоэффективного механизма консенсуса. Одним из самых больших преимуществ DAG-DLT является выполнение нано-транзакций, за которые не взимается комиссия. Проще говоря, чем больше транзакций происходит в сети, тем быстрее она становится. Все узлы в DAG выполняют двойную функцию: не только проверку, но и представление проверенной транзакции.

Любой узел может инициировать транзакцию, но для проверки он должен проверить две предыдущие транзакции в реестре.

Последовательность транзакций называется ответвлением: чем длиннее ответвление проверяемой человеком транзакции, тем больший вес оно имеет. Имейте в виду, что алгоритм случайно отбирает две предыдущие транзакции для проверки.

NXT стала первой платформой для использования DAG с момента ее выхода в ноябре 2015 года. Другие две заметные реализации этой технологии – это IOTA Tangle и ByteBall.

Еще два преимущества, которые дает DAG, это сопротивление квантовым атакам, т.е. система разовых подписей, действующая как брандмауэр против попытки взлома квантовыми компьютерами; и замаскированный требующий аутентификации обмен сообщениями (MAM), который обеспечивает безопасный и зашифрованный обмен данными между двумя узлами.

HOLOCHAIN

Компания Holochain гордится тем, что открывает новые рубежи технологии цифрового реестра. Наиболее значимым изменением, которое привнесла платформа, является переход от ориентированного на данные подхода к агентурно-ориентированному подходу.

Уход от глобального консенсуса дает Holochain-DLT практически безграничную масштабируемость. В то время как блокчейн стремится децентрализовать транзакции в сети, Holochain также намерена сделать децентрализованным взаимодействие между отдельными узлами.

Каждый отдельный узел в сети имеет свою собственную цепочку, где они имеют независимость для работы в своей собственной сети, будучи частью более крупной сети, состоящей из тысяч других подобных узлов. Пользователи могут хранить данные в так называемой распределенной хэш-таблице (DHT), используя определенные ключи — это хранилище данных также остается распределенным в разных местах по всему миру.

Эта истинная децентрализация сети на каждом уровне позволяет Holochain-DLT достигнуть скорость в миллион транзакций в секунду. Проверка на микроуровне полностью избавляет от перегрузки сети. Так как каждый узел имеет свой собственный реестр, он идентифицируется с помощью определенного идентификатора значения, называемого «ДНК». Если другие узлы получили сообщение, используя определенную ДНК узла, они передали бы его к остальной части сети, но если есть злонамеренная попытка добавить ложную информацию в сеть, транзакция будет отклонена и неудачная попытка будет сообщена остальной части сети, чтобы избежать этого в будущем.

Это довольно «пуленепробиваемая» функция безопасности Holochain. В то время как в блокчейне вычислительная нагрузка повышается с добавлением блоков, добавление узлов на Holochain означает больше места для вычислений. Кроме того, комиссии за транзакции не существует, поскольку нет необходимости в майнерах, что делает его столь энергоэффективным, а также не требует аппаратного оборудования.

Отдельные узлы могут не только обрабатывать переданные им транзакции, но и предоставлять бесконечное пространство для разработки даппов.

RADIX (TEMPO)

Еще одним относительно новым участником пространства DLT является Radix. Это нововведение позволяет вам создавать распределенный реестр Tempo без блокчейна для открытых и частных сетей, что не требует никаких изменений. Реализация очень легкая, так как вам не нужны никакие аппаратные компоненты.

Radix-DLT также предлагает временные метки, помимо других функций, описанных ниже.

• Каждая инстанция в Реестре известна как «Вселенная», и каждое событие в ней называется «атом».
• Глобальный реестр распределен между кластером узлов , и каждый узел может по собственному желанию добавлять шарды — это перераспределение увеличивает масштабируемость.
• Всем узлам, добавляющим шарды, присваивается уникальный ID.
• Для присвоения временных меток событиям в реестре используются специальные алгоритмы.
• Узлы используют протокол сплетен для трансляции и синхронизации своих шардов.
• Узлы используют Логические Часы для валидации транзакций, которая достигается за счет запоминания последовательности транзакций для достижения консенсуса.

Проект все еще находится в зачаточном состоянии, но демонстрирует большой потенциал. На момент написания статьи платформа записывала 1700-1800 TPS с 20 узлами и временем завершения менее 5 секунд. Если резюмировать:

«Radix может работать почти на любом устройстве, управляется API, имеет свой собственный токен низкой волатильности, и он достаточно масштабируемый для всего мира, чтобы использовать его одновременно».

Сравнение между технологиями распределенного реестра показывает, что мы уже прошли долгий путь в этой цифровой революции. Такие проекты, как Holochain и Radix, выводят идею децентрализации на следующий уровень, который может кардинально изменить экосистемы способами, которые мы даже не можем себе представить. Поскольку DLT находит больше вариантов использования в различных секторах и отраслях промышленности, эта технология всего лишь помогает еще больше разжечь эту революцию.