Блокчейны с Proof of History: тренд или будущее?
Помимо известных и распространенных механизмов консенсуса Proof of Work и Proof of Stake, в ряде блокчейн сетей используется такой механизм, как Proof of History (дословный перевод: «Историческое доказательство»).
Proof of History (PoH) — это механизм консенсуса, созданный в 2018 году на консенсусе Proof of Stake основателем Solana Labs Анатолием Яковенко.
Главная идея PoH заключается в том, что важна не только сама операция например, транзакция, но и время, и последовательность совершения таких операций в блокчейн-сети. Чтобы обеспечить целостность сети, PoH использует специальную криптографическую функцию, называемую Verifiable Delay Function (VDF). Она создает временную метку для каждого блока, создаваемого в сети, что позволяет точно и безопасно отслеживать последовательность событий в блокчейне.
VDF разработана таким образом, что процесс ее выполнения становится «жестким» как по времени, так и по использованию памяти. Так, злоумышленникам труднее манипулировать метками времени. Метка времени, полученная с помощью VDF, затем добавляется в каждый блок блокчейна, создавая проверяемую и неизменную запись порядка операций (событий). Этот процесс помогает достичь быстрой скорости транзакций. Это означает, что как только блок добавлен в блокчейн, он считается оконченным и не подлежит изменениям или его отмене.
Механизм Proof of History (PoH) в основном используется в блокчейн-сети Solana, которая была создана с акцентом на высокую масштабируемость и способность обрабатывать тысячи транзакций в секунду. За счет уменьшения требований к хранению данных и пропускной способности для работы блокчейна.
В традиционных блокчейнах каждый узел (участник сети) может использовать свои локальные часы, но это не всегда надежно, так как участники могут не синхронизировать время. PoH решает эту проблему, предоставляя криптографически защищенную последовательность, в которой точно фиксируется порядок событий и время между ними.
Как работает механизм
Представьте, что вы участвуете в игре, где каждому игроку дается очередь бросать мяч. Мяч может катиться по кругу, и каждый раз, когда он проходит мимо определенной точки, вы можете отметить, что произошло событие. Однако вы не знаете, сколько времени прошло между каждым броском мяча.
Теперь представим, что вы ставите на каждую точку метку, чтобы отслеживать, где и когда мяч пройдет. Каждая метка — это хеш в системе Proof of History. Эти метки не говорят вам точное время, когда мяч пересек определенную точку, но они позволяют точно определить, какой мяч был первым, какой вторым, а какой — третьим, потому что каждый мяч идет в определенной последовательности.
Когда вы видите, что первый мяч пересек точку, а затем прошел второй, вы понимаете, что второй мяч прошел позже первого, и все события происходили в определенном порядке, даже если вы не знаете точного времени между ними.
В блокчейне Solana, как и в этой игре, события (например, транзакции) идут в определенном порядке, и каждый новый хеш зависит от предыдущего. Это позволяет быстро и точно узнать, какая транзакция была раньше, а какая позже, и подтвердить, что все происходит в правильной последовательности.
Поэтому Proof of History помогает сети эффективно обрабатывать и проверять транзакции, не обращая внимания на точное время, а просто отслеживая порядок событий по цепочке хешей.
PoH помогает Solana работать очень быстро, потому что позволяет узлам сети точно знать, когда и в каком порядке происходят события, даже если не учитывать точное время. Это помогает избежать задержек, которые могут возникать, если нужно синхронизировать время на всех узлах. В сети Solana есть такой механизм как “расписание лидеров” (Leader Schedule), который говорит, кто из валидаторов будет работать как лидер в конкретный момент времени.
Лидер — это валидатор, который создает новый блок в блокчейне. Он делает это по заранее определенному расписанию.
Лидер получает задание и имеет определённый промежуток времени (например, от 0 до 1000 хешей PoH), чтобы завершить свою работу. Во время своего периода работы лидер обрабатывает транзакции и добавляет их в блок, а затем передает его другим валидаторам для проверки.
Так как каждый валидатор знает, когда наступит его очередь быть лидером, становится меньше ситуаций, когда несколько валидаторов одновременно пытаются создать блоки, что могло бы привести к их отклонению (отвергнутые блоки, или orphan-блоки). У каждого валидатора есть четко определенный период времени, когда он может работать, и это предотвращает конфликты.
В механизме PoH благодаря расписанию лидеров отсутствуют Orphan-блоки (блоки - сироты) — это блоки, которые были созданы, но по каким-то причинам не были включены в основную цепочку (например, из-за того, что другой блок был принят первым).. Каждый валидатор заранее знает, когда его период работы начнется, и не будет создавать блок в “чужую” смену. Это исключает возможность «перекрытия» блоков, и все блоки принимаются правильно.
Solana использует эти технологии, чтобы делать свою сеть очень быстрой. Вместо того чтобы увеличивать количество вычислений или разделять сеть на части (шардинг), она оптимизирует процессы передачи и хранения данных. Это позволяет Solana обрабатывать огромные объемы транзакций.
Примеры применения PoH
Arweave — компания, занимающаяся децентрализованным хранением данных, которая также использует PoH. Arweave анонсировала планы по интеграции этого механизма для улучшения процессов хранения и извлечения данных, сохраняя при этом безопасность и целостность данных. Помимо этих компаний, PoH также используется в разработке других блокчейн-проектов. Одним из них является Chainlink, децентрализованная сеть ораклов, которая предоставляет безопасные и надежные потоки данных для смарт-контрактов.
Pyth Network — децентрализованная сеть ораклов, которая поставляет точные и быстрые данные для финансовых приложений. Она использует PoH для улучшения синхронизации данных и ускорения обработки информации.
Terra — блокчейн, ориентированный на создание стабильных криптовалют, использует PoH в своих решениях для обеспечения быстрого подтверждения транзакций и упрощения обработки блоков в системе.
Proof of History имеет значительный потенциал для широкого распространения, особенно в контексте блокчейн-сетей, которые требуют высокой масштабируемости и скорости транзакций, таких как Solana. Однако, как и у любой технологии, у PoH есть свои сильные стороны и ограничения, которые могут повлиять на его распространение в будущем.
Преимущества механизма Proof of History
PoH позволяет быстро и точно отслеживать порядок транзакций, не требуя синхронизации времени между всеми узлами сети. Это сокращает задержки и повышает скорость подтверждения транзакций.
Благодаря PoH, согласно официальному документу Solana, Solana теоретически способна обрабатывать до 710 000 транзакций в секунду, что значительно превышает возможности многих других блокчейнов. Для подтверждения транзакции Solana требуется 0,4-0,5 секунды. Система не зависит от точного времени, а просто отслеживает порядок событий по цепочке хешей.
PoH использует расписание лидеров, где каждый валидатор имеет четко определенное время для создания блока. Это исключает вероятность конфликта между блоками и предотвращает отвергнутые блоки (orphan-блоки).
PoH значительно облегчает процесс консенсуса, так как вместо того, чтобы все узлы синхронизировали время и проверяли его на каждом шаге, каждый узел может просто полагаться на хеши и их порядок. Это упрощает работу сети и делает ее более устойчивой к сбоям и сетевым задержкам.
Благодаря высокой пропускной способности и эффективному использованию ресурсов PoH, транзакционные комиссии в сети Solana могут оставаться низкими, что делает ее более доступной для пользователей и разработчиков, особенно при высоком объеме транзакций. Средняя комиссия за транзакцию в блокчейне Solana — 0,000005 SOL (менее 1 цента).
Поскольку PoH позволяет сети обрабатывать транзакции с высокой скоростью, разработчики могут создавать более сложные и высокопроизводительные децентрализованные приложения (dApps), которые будут работать без задержек, что открывает новые возможности для масштабируемых решений.
Недостатки механизма Proof of History
PoH полностью зависит от безопасности и стойкости используемой хеш-функции. Если хеш-функция окажется уязвимой (например, если будет найдена уязвимость или слабость в алгоритме), это может поставить под угрозу всю систему, так как порядок хешей, который используется для синхронизации, можно будет подделать. PoH не использует реальное время в секундах, что может быть ограничением для приложений, которым нужно точное время для некоторых операций. Например, в некоторых ситуациях может понадобиться точное время для подтверждения транзакций, что не всегда возможно с PoH.
Хотя PoH избавляет от необходимости синхронизации точного времени, механизм требует постоянной и точной синхронизации хешей между всеми узлами. Это добавляет дополнительную нагрузку на сеть и валидаторов, особенно при росте числа участников.
PoH строго фиксирует порядок событий по хешам, что делает систему менее гибкой в ситуациях, когда необходима адаптация к изменениям внешних условий или времени. Например, если необходимо корректировать время между транзакциями, это будет сложно без введения дополнительного механизма.
Данный консенсус представляет собой инновационный механизм, который открывает новые возможности для повышения масштабируемости и скорости блокчейн-сетей, таких как Solana, вместе с тем скорость не всегда является решающим фактором для популярности блокчейна, так в сети Solana валидаторов немногим более 1000, а число приложений на нем в десятки раз меньше чем например в сети Ethereum.
В будущем PoH имеет значительный потенциал для широкого распространения, особенно если удастся устранить существующие ограничения и улучшить гибкость системы. Однако, как и любая новая технология, PoH потребует дальнейших исследований и доработок, прежде чем она сможет сыграть существенную роль в блокчейн-экосистеме.
Опубликовано 27.01.2025
