ბიტკოინის ნებართვის გარეშე ბუნება და ტრანზაქციების გადაცემის გამოწვევები

ბიტკოინის თეთრი წიგნი ნათლად აცხადებს ბიტკოინის ძირითად მახასიათებელს: ის არის ნებართვის გარეშე (permissionless). მსოფლიოში ნებისმიერს შეუძლია გადაუხადოს ნებისმიერს თანატოლთა ქსელში გაწევრიანებით და ტრანზაქციის გადაცემით. მუშაობის დამადასტურებელი კონსენსუსი (Proof of Work consensus) ნებისმიერს აძლევს უფლებას გახდეს ბლოკის მწარმოებელი და ნიშნავს, რომ გადახდის უკუქცევის ერთადერთი გზა არის ყველას დაძლევა ჰეშის სიმძლავრის მეშვეობით. მაგრამ მუშაობის დამადასტურებელი მექანიზმი მხოლოდ განსაზღვრავს, თუ როგორ უნდა აირჩიოს გამარჯვებული კონკურენტ ჯაჭვებს შორის; ის არ ეხმარება კვანძს მის აღმოჩენაში. 51%-იანი შეტევა – ან 100%-იანი შეტევა – ბევრად უფრო ადვილია, თუ თავდამსხმელს შეუძლია ხელი შეუშალოს კვანძებს კონკურენტი ჯაჭვების შესახებ ინფორმაციის მიღებაში. აღმოჩენის ამოცანა ეკუთვნის თანატოლთა მოდულს, რომელიც მრავალ წინააღმდეგობრივ ამოცანას აგვარებს: იპოვოს პატიოსანი თანატოლები ქსელში, სადაც კვანძები მუდმივად უერთდებიან და ტოვებენ, მაგრამ ავთენტიფიკაციისა და რეპუტაციის გარეშე. ყოველთვის ეძებეთ ბლოკები და ტრანზაქციები, მაგრამ არ გაგიკვირდეთ, თუ მონაცემების უმეტესობა ნაგავია. იყავით საკმარისად მტკიცე, რომ გადაურჩეთ ექსტრემალურ არახელსაყრელ პირობებს, მაგრამ საკმარისად მსუბუქი, რომ იმუშაოთ Raspberry Pi-ზე. ნებართვის გარეშე თანატოლთა ქსელის განხორციელების დეტალები გამოტოვებული იყო თეთრი წიგნიდან, მაგრამ დღეს ბიტკოინის კვანძის პროგრამული უზრუნველყოფის სირთულის უმეტეს ნაწილს შეადგენს. თეთრი წიგნი აღიარებს საჯარო ტრანზაქციების გადაცემას, როგორც ბიტკოინის ცენზურის წინააღმდეგობის ქვაკუთხედს, მაგრამ მხოლოდ რამდენიმე სიტყვას ამბობს იმის შესახებ, თუ როგორ უნდა იმუშაოს: „ახალი ტრანზაქციები გადაიცემა ყველა კვანძზე. თითოეული კვანძი აგროვებს ახალ ტრანზაქციებს ბლოკში. თითოეული კვანძი მუშაობს თავისი ბლოკისთვის რთული მუშაობის დამადასტურებელი მექანიზმის პოვნაზე.“1 ბევრს ეცინება, რომ სატოშიმ შესთავაზა, რომ ყველა კვანძი მოიპოვებდა (მაინინგს გააკეთებდა). მაინინგის ცვალებადობის ცენტრალიზებული ზეწოლის გამო, დღევანდელი ქსელის კვანძების აბსოლუტური უმრავლესობა არ მუშაობს მუშაობის დამადასტურებელი მექანიზმის პოვნაზე. შესაძლოა, ეს ეკონომიკური სტიმულების მისაღები ან თუნდაც წარმატებული შედეგია; ჩვენ დეცენტრალიზაციის ნაწილი გავცვალეთ გაზრდილ ჰეშის სიმძლავრეზე და, შესაბამისად, უსაფრთხოებაზე. თუმცა, ბიტკოინის ცენზურის წინააღმდეგობა დაინგრევა, თუ ჩვენ ასევე უარს ვიტყვით დეცენტრალიზებულ ტრანზაქციების გადაცემაზე. ტრანზაქციების გადამცემი კვანძების ფართო აუზის ჩვენი სურვილი უნდა შეეჯახოს ყოველდღიური კომპიუტერების პრაქტიკულობას, რომლებიც თავს აჩენენ ნებართვის გარეშე ქსელში და ამუშავებენ მონაცემებს ანონიმური თანატოლებისგან. ეს საფრთხის მოდელი უნიკალურია და მოითხოვს მაღალ თავდაცვით პროგრამირებას. ბლოკის ჩამოტვირთვისას, ბლოკის მუშაობის დამადასტურებელი მექანიზმი ელეგანტურად ემსახურება როგორც სერვისზე უარის თქმის (DoS) პრევენციას, ასევე მონაცემთა სარგებლიანობის შეფასების ცალსახა გზას. ამის საპირისპიროდ, დაუდასტურებელი ტრანზაქციის მონაცემების შექმნა პრაქტიკულად უფასოა და შესაძლოა უბრალოდ სპამი იყოს. მაგალითად, ჩვენ არ შეგვიძლია ვიცოდეთ, აკმაყოფილებს თუ არა ტრანზაქცია თავის ხარჯვის პირობებს, სანამ არ ჩავტვირთავთ UTXO-ს, რამაც შესაძლოა მოითხოვოს დისკიდან მოძიება. თავდამსხმელებს აბსოლუტურად არაფერი უჯდებათ ამ შედარებით მაღალი შეყოვნების აქტივობის გამოწვევა: მათ შეუძლიათ შექმნან დიდი ტრანზაქციები ისეთი შეყვანების გამოყენებით, რომლებიც მათ არ ეკუთვნით ან საერთოდ არ არსებობს. ვალიდაციის ნაბიჯები, როგორიცაა ხელმოწერის ვერიფიკაცია და მემპულის დამოკიდებულების მართვა, შეიძლება იყოს გამოთვლით ძვირი. ცნობილია, რომ დიდი რაოდენობის ძველი (pre-segwit) ხელმოწერების მქონე ტრანზაქციების ვალიდაციას ზოგიერთ აპარატურაზე წუთები სჭირდება2, ამიტომ კვანძების უმეტესობა ფილტრავს დიდ ტრანზაქციებს. რესურსების გამოყენება არ არის მხოლოდ კვანძის ლოკალური: მიღებული ტრანზაქციები, როგორც წესი, გადაეცემა სხვა თანატოლებს, იყენებს გამტარუნარიანობას ქსელში კვანძების რაოდენობის პროპორციულად. კვანძები იცავენ თავს დაუდასტურებელი ტრანზაქციებისთვის და ვალიდაციის რიგებისთვის გამოყენებული მეხსიერების შეზღუდვით, ტრანზაქციების დამუშავების შეზღუდვით თითოეული თანატოლისთვის და პოლიტიკის წესების აღსრულებით კონსენსუსის გარდა. თუმცა, ეს ლიმიტები ასევე შეიძლება გახდეს ცენზურის ვექტორები, თუ ისინი ფრთხილად არ არის შემუშავებული. მარტივმა ლოგიკამ, რომ არ ჩამოიტვირთოს ტრანზაქცია, რომელიც უკვე უარყოფილია, შეზღუდოს ტრანზაქციის რიგის ზომა ერთი თანატოლისთვის, ან გააუქმოს მოთხოვნები წარუმატებელი ჩამოტვირთვის მცდელობების შემდეგ, შეიძლება გამოიწვიოს კვანძების მიერ ტრანზაქციის მიმართ სიბრმავე. ეს შეცდომები ხდება შემთხვევითი ცენზურის ვექტორები, როდესაც მათ სწორი თავდამსხმელი იყენებს. ამ კუთხით, მიუხედავად იმისა, რომ სრულიად ლოგიკურია არ შეინახოთ დაუდასტურებელი ტრანზაქციები, რომლებიც ერთმანეთის ორმაგი დანახარჯებია (მხოლოდ ერთი ვერსია შეიძლება იყოს ვალიდური), ორმაგი დანახარჯის უარყოფა ნიშნავს, რომ ადრეული გადაცემა ხელს უშლის მოგვიანო ტრანზაქციის მოპოვებას. ორმაგი დანახარჯი შეიძლება იყოს გადახდის გაყალბების განზრახ მცდელობა, ან, როდესაც UTXO ეკუთვნის მრავალ მხარეს, ქინძისთავის შეტევა (pinning attack), რომელიც იყენებს მემპულის პოლიტიკას მეორე ფენის ანგარიშსწორების ტრანზაქციების მოპოვების დასაყოვნებლად ან თავიდან ასაცილებლად. როგორ უნდა აირჩიონ კვანძებმა? ეს კითხვა მიგვიყვანს ტრანზაქციების გადაცემის მეორე ელემენტთან: სტიმულის თავსებადობა3. მიუხედავად იმისა, რომ საკომისიოები არ არის რელევანტური კონსენსუსისთვის, გარდა იმისა, რომ ზღუდავს იმას, რისი მოთხოვნაც მაინერს შეუძლია ბლოკის ჯილდოდ, ისინი დიდ როლს თამაშობენ კვანძის პოლიტიკაში, როგორც სარგებლიანობის მეტრიკა. თუ ვივარაუდებთ, რომ მაინერები ეკონომიკური სტიმულებით არიან განპირობებული, კვანძებს შეუძლიათ მიახლოებით განსაზღვრონ, რომელი ტრანზაქციებია ყველაზე მიმზიდველი მოსაპოვებლად და უარყონ ნაკლებად მიმზიდველი. როდესაც ტრანზაქციები ხარჯავს ერთსა და იმავე UTXO-ს, კვანძს შეუძლია შეინარჩუნოს უფრო მომგებიანი. მიუხედავად იმისა, რომ კვანძები არ აგროვებენ საკომისიოებს, მათ შეუძლიათ ნულოვანი საკომისიოს ტრანზაქციები სპამად მიიჩნიონ: ისინი სავარაუდოდ გამოიყენებენ ქსელის რესურსებს, მაგრამ არასოდეს მოიპოვება, თუმცა მათი შექმნა პრაქტიკულად არაფერი ჯდება. ეს ორი დიზაინის მიზანი — DoS წინააღმდეგობა და სტიმულის თავსებადობა — მუდმივ დაძაბულობაშია. მიუხედავად იმისა, რომ მიმზიდველია ტრანზაქციის ჩანაცვლება უფრო მაღალი საკომისიოს ვერსიით, განმეორებითი ჩანაცვლების დაშვებამ მცირე საკომისიოს ზრდით შეიძლება დახარჯოს ქსელის გამტარუნარიანობა. დაუდასტურებელ ტრანზაქციებს შორის დამოკიდებულებების გათვალისწინებამ შეიძლება შექმნას უფრო მომგებიანი ბლოკები (და ჩართოს CPFP), მაგრამ შეიძლება ძვირი იყოს რთული ტოპოლოგიებისთვის. ისტორიულად, კვანძები ეყრდნობოდნენ ევრისტიკას და დამოკიდებულების ლიმიტებს, რამაც გამოიწვია მომხმარებლის ხახუნი და გახსნა ახალი ქინძისთავის ვექტორები. მემპულები, რომლებიც აკონტროლებენ კლასტერებს, შეუძლიათ უფრო ზუსტად შეაფასონ სტიმულის თავსებადობა, მაგრამ მაინც უნდა შეზღუდონ მემპულის დამოკიდებულებები. ამ ტიპის შეზღუდვები ქმნის ქინძისთავის ვექტორებს ტრანზაქციებისთვის, რომლებიც მოიცავს მრავალ მხარეს, რომლებიც ერთმანეთს არ ენდობიან: თავდამსხმელს შეუძლია ხელი შეუშალოს თავის თანა-ტრანზაქტორს CPFP-ის გამოყენებაში ლიმიტის მონოპოლიზებით. ადვილია ამ საკითხების ტრივიალიზაცია: ქინძისთავის შეტევები არის ცენზურის ნიშური ტიპი, რომელიც ვრცელდება მხოლოდ გაზიარებულ ტრანზაქციებზე და, როგორც წესი, მხოლოდ დროებითი ტრანზაქციის შეფერხებებს იწვევს. ღირს თუ არა ძალისხმევა, რომ დავეხმაროთ არამაინინგ კვანძებს რამდენიმე დამატებითი სატოშის საკომისიოს გამოდევნაში? გაზიარებული ტრანზაქციები არის UTXO-შერევის კონფიდენციალურობის გადაწყვეტილებებისა და მეორე ფენის პროტოკოლების ხერხემალი. ბიტკოინის განვითარების დიდი ნაწილი ფოკუსირებულია მასშტაბირებადი, კონფიდენციალური, მდიდარი ფუნქციების მქონე აპლიკაციების შექმნაზე მეორე ფენაში, რომელიც საბოლოოდ ჯაჭვზე წყდება. საერთო ნიმუშია გატანის ან ანგარიშსწორების დროებით გადადება, რაც მხარეებს საშუალებას აძლევს რეაგირება მოახდინონ არასწორ ქცევაზე დროის ფანჯარაში. მაგრამ ბევრი დიზაინი – მათ შორის ისეთებიც, რომლებიც გამოიყენება კონსენსუსის ცვლილებების მოტივაციისთვის – ამ სცენარებში უგულებელყოფს საკომისიოს გაზრდას. დროის ფანჯარა არასწორი ქცევის თავიდან ასაცილებლად ასევე არის შესაძლებლობის ფანჯარა თავდამსხმელებისთვის. ეს ორი პირობა – გაზიარებული ტრანზაქციები და დადასტურების ვადები არასწორი ქცევის თავიდან ასაცილებლად – ქმნის სრულყოფილ სტო