Все, что вы когда-либо хотели знать об Ethereum Merge.

Важный контекст для понимания 'The Merge'

Для того чтобы полностью понять, что такое "The Merge", давайте рассмотрим ключевые понятия.

Механизмы консенсуса

00000000000000000003cdd5a7fd45610cc2f0c8cc16693d2e4d1909e9ab8ece

Вы видите все эти 0 в начале? Майнеры должны проделать колоссальную работу, чтобы вычислить подходящее значение со множеством нулей в начале.

Рассмотрим как работает алгоритм майнинга PoW:

1. Сначала берется кучка неподтвержденных транзакций.
2. Из них собирается блок "кандидат".
3. Содержимое данных этого блока хешируется с помощью алгоритма SHA256.
4. Получилось ли на выходе хэша достаточно ведущих 0? (т.е.: была ли сложность хеша ниже поддерживаемого сетью уровня?)
5. Если да, то это успех! У вас получилось найти действующее доказательство выполненной работы, тот самый proof-of-work. Теперь осталось отправить этот блок в сеть и получить за него вознаграждение. Возвращаемся к шагу 1 и повторяем по новой.
6. Если нет, повторяем шаг 4.

Система PoW в Ethereum работает точно так же. Любой, кто захочет тоже добавлять блоки в блокчейн и получать за это вознаграждения, будет должен вложиться в оборудование, пригодное для выполнения алгоритма PoW триллионы раз.

Вот как работает модель proof-of-work. Майнеры тратят много энергии и времени, чтобы соревноваться в поиске действительного доказательства работы, процесса, который служит для обеспечения безопасности сети и достижения консенсуса.

Консенсус сложнее чем кажется

Описанный выше процесс - это всего лишь алгоритм, который запускается клиентским программным обеспечением для майнинга Ethereum. Теория игр заставляет нас учитывать факторы, внешние по отношению только к программному обеспечению. Блокчейн-сети, являясь мощной движущей силой социальной и экономической активности, переходят в структуры реального мира. За примером далеко идти не надо. Майнеру PoW сегодня нужен реальный капитал, чтобы:

1. Приобрести оборудование;
2. Иметь доступ к обильному дешевому электричеству;
3. Иметь доступ к мощному каналу доступа в интернет;
4. Обустроить пространство и инфраструктуру для размещения оборудования и отвода тепла.

Все эти риски приходится брать любому, кто решает стать "майнером" в PoW системе. Все эти пункты необходимы для того, чтобы иметь возможность на конкурентном уровне соревноваться за предоставление действительных доказательств работы и обеспечения безопасности рассматриваемой сети. В proof-of-work майнеры доказывают, что у них есть капитал, которым они рискуют, затрачивая энергию.

Proof-of-Stake = другой механизм консенсуса

Proof-of-work - это на самом деле лишь один из многих механизмов консенсуса, которые существуют для координации децентрализованных сетей. Это базовый механизм консенсуса, ставший известным благодаря Bitcoin, и потом скопированный Ethereum.

Но Ethereum всегда был рассчитан на то, что его использование консенсуса proof-of work будет временной мерой.

Прежде чем мы поговорим о The Merge, давайте разберемся с proof-of-stake, или PoS.

Proof-of-stake - это механизм консенсуса, который, как и PoW, используется для того, чтобы дать сети блокчейна все то, что должны обеспечивать механизмы консенсуса, т.е.:

1. Безопасность сети (никакого мошенничества, никаких двойных трат, никаких атак 51%);
2. Метод, по которому узлы могут договориться о том, какая цепочка является "истинной".

Tezos - это работающая сеть, успешно использующая PoS; чтобы стать "бейкером" (термин Tezos для обозначения валидатора и майнера) нужно стейкировать (т.е. заблокировать) 6,000 $XTZ. Риск капиталом для поддержки сети, с точки зрения теории игр, должным образом стимулирует акторов быть честными арбитрами сети, иначе их инвестиции не были бы выгодными.

Ethereum + Proof-of-Stake

Ethereum создавался с расчетом на то, что proof-of-work - это временно: создатели всегда планировали перейти на proof-of-stake. Учитывая неоспоримый успех proof-of-work в качестве модели консенсуса для Bitcoin, Ethereum мог сразу начать работу с механизмом PoW, в то время как проектировалась, тестировалась и отлаживалась бы сложная конструкция Ethereum proof-of-stake.

Чтобы стать валидатором Ethereum, необходимо сделать ставку в 32 $ETH (нативный токен сети Ethereum) и запустить клиент Ethereum на машине со стабильным доступом в интернет (даже на ноутбуке!). Делая это, вы сигнализируете, что берете на себя ответственность добросовестно проверять и создавать блоки. Почему? Потому что это в ваших же собственных интересах. При недобросовестном поведении вы теряете вознаграждение валидатора и рискуете потерять свою ставку. В предельном случае даже стоимость самого токена в результате атаки может упасть, и вы так или иначе потеряете деньги.

Различия в ключевых понятия в Ethereum PoS и Ethereum PoW

• Блок в PoW добавляется в цепочку тем, кто успешно решит хеширующую головоломку целевой сложности. Блок в PoS добавляется в цепочку путем выбора случайного узла-валидатора для предложения блока. Второй набор валидаторов затем случайным образом выбирается для проверки предполагаемого блока валидатора.
• В Ethereum PoW за проверку и добавление новых блоков отвечают "майнеры". В Ethereum PoS за проверку и добавление новых блоков отвечают "валидаторы". Майнеры получают вознаграждение за нахождение правильного целевого решения хэша, валидаторы получают вознаграждение за создание блока, будучи сами выбранными для этого случайным образом.
• Для добавления блоков Ethereum PoS не требует высокого потребления энергии, в то время как Ethereum PoW требует крайне высоких энергозатрат для быстрого выполнения вычислений хеша. По оценкам, потребность в энергии для PoS на ~99,95% меньше, чем для PoW.
• Капитал, поставленный на кон в PoW, выражается через время, оборудование и электричество. Капитал, поставленный на кон в PoS, - это время человека + его 32 ETH. Дизайн всей системы согласно теории игр способствует тому, что честным актором быть намного выгоднее чем нечестным.
• Скорость создания блоков PoW определяется сложностью сети, обычно специально настраиваемой так, чтобы получалось близко к определенному времени, но при этом по факту блоки будут создаваться быстрее или медленнее. Поиск достоверного целевого хэша может занять разное количество времени. Темп создания блоков PoS – фиксированный. Время в PoS Ethereum делится на слоты (12 секунд) и эпохи (32 слота). На основе этого фиксированного темпа работают сразу несколько механизмов протокола, например: каждый слот случайным образом выбирается комитет валидаторов, которому поручается проголосовать за то, является ли валидным блок, предложенный другим случайным валидатором.

Термины и понятия Ethereum + PoS

• Валидатор: валидатор отвечает за хранение данных, обработку транзакций и добавление новых блоков в блокчейн. Для этого потребуется 32 $ETH в стейкинге + активное оборудование + программный клиент. Ожидается, что валидаторы будут содержать достаточно мощное оборудование и подключение к интернету, чтобы зарабатывать вознаграждения через валидацию/предложение блоков.
• Слэшинг: злонамеренное поведение валидатора может привести к тому, что его депозит будет "срезан" или уменьшен на сумму штрафа (стоит помнить, что вы можете быть оштрафованы даже за не злонамеренное поведение, такое как выход узла в оффлайн!)
• Слот: 12 секунд.
• Эпоха: 32 слота.
• Мейннет: Текущая "истинная" цепочка Ethereum, работающая на консенсусе PoW. В отличие от тестовой сети вроде Göerli, в этой сети Эфир стоит реальных денег.
• Клиент Ethereum: пакет программного обеспечения, запускаемый узлами Ethereum, который состоит из двух уровней: уровня исполнения и уровня консенсуса. Узел, на котором работает клиент, может быть либо полным узлом, либо узлом майнинга.
• Уровень исполнения: это часть клиента Ethereum, где происходит исполнение транзакций и управление состоянием. Именно здесь EVM запускает коды операций и программную логику. Клиенты-исполнители включают: Geth, Erigon и Nethermind.
• Уровень консенсуса: часть клиента Ethereum, отвечающая за достижение консенсуса. Именно здесь действуют правила о том, что делает блок или транзакцию действительной. Консенсус-клиенты для Beacon Chain включают Lighthouse, Prysm и Teku.
• Beacon Chain: «сигнальная цепочка», отдельный proof-of-stake блокчейн, созданный 1 декабря 2020 года. Он существует полностью параллельно с мейннетом Ethereum и с момента создания постоянно совершенствуется и используется для тестирования. После слияния он станет новым движком консенсуса сети, на котором будут выполняться все будущие транзакции Ethereum.

Хорошо, так что же такое The Merge?

Теперь, когда мы рассмотрели кучу важных терминов и контекст выше, будет чуть проще понять, что за фигня этот "The Merge".

Переход Ethereum на proof-of-stake изначально был разделен на два основных этапа (исключая технические хард-форки Berlin и London, которые произошли в процессе обновления Ethereum до Merge):

1. Запуск Beacon Chain. Beacon Chain - отдельный параллельный PoS блокчейн, который использовался для проведения тестов, не влияя на Ethereum Mainnet или сотни миллиардов долларов на нём. Другой важной причиной запуска Beacon Chain до официального слияния было желание дать достаточно времени стейкерам вложить свои средства на депозитный контракт – необходимо достаточное количество ETH в стейкинге для того, чтобы сеть была на должном уровне защищена. На момент написания статьи на Beacon Chain размещено 14 000 434 ETH.
2. The Merge. Слияние консенсусного слоя Beacon Chain с EVM-состоянием Ethereum Mainnet.

The Merge эффективно изменит то, как клиенты Ethereum в настоящее время связывают вместе уровни исполнения и консенсуса, выделяя их в собственные отдельные клиенты. Это означает, что полный узел PoS Ethereum может запускать клиент с: Geth (исполнение) + Lighthouse (консенсус) - или любую комбинацию из доступных клиентов исполнения/консенсуса. И все это он будет делать в режиме реального времени.

Ок, The Merge - это последний шаг в переходе Ethereum на Proof-of-Stake. Но что же произойдет на самом деле?

Вот и все. В этой статье мы познакомились с важными терминами и понятиями, связанными с консенсусными системами блокчейна, в частности с доказательством работы proof-of-work и доказательством доли владения proof-of-stake. Когда кто-то вас спросит, что такое The Merge или "слияние", естественным ответом должно быть: "Заключительный шаг в процессе перехода Ethereum от модели безопасности PoW к PoS."

Эти перемены несут в себе риск? Конечно! Proof-of-work - это проверенная модель обеспечения безопасности, которая обеспечивает Биткойну почти идеально безотказную работу второй десяток лет. С другой стороны, Proof-of-stake - это довольно новая и более сложная модель безопасности. Пока неясно, справится ли эта модель с обеспечением безопасности сотен миллиардов долларов в сети Ethereum.

После того, как Ethereum перейдет на proof-of-stake, впереди ему предстоит пройти еще через много обновлений, которые призваны помочь Ethereum улучшить масштабируемость и дальнейшую децентрализацию. Следующие вехи:

1. The Merge: PoW Ethereum мертв, да здравствует PoS Ethereum (15 сентября)
2. The Surge: шардинг для масштабируемости, и особенно для роллапов (TBD).
3. The Verge: stateless клиенты, облегчающие работу узлов Ethereum (TBD)
4. The Purge: ликвидация технического долга + устранение исторических данных (TBD).
5. The Splurge: дополнительные функции (TBD)

Что вы об этом думаете? Был ли переход на новую модель безопасности Ethereum хорошей идеей? Может быть стоило просто остановиться на консенсусе PoW, учитывая, что это, похоже, работало крайне надежно? Приведет ли это к принятию Ethereum мейнстримом или навредит ему в долгосрочной перспективе?

Отдельное спасибо CryptoPunk 6068 за то, что он поделился своим экспертным опытом для написания этой статьи.