ETH2 для чайников

[KTChampions]

Любой, кто следит за Ethereum какое-то время, знает, что его история развития пронизана нарушением обещаний, несоблюдением сроков и постоянно меняющейся информацией о планах на будущее. Это заставило многих списать Ethereum со счетов как провальный эксперимент. Их пессимизм понятен. Эфир (ETH1) сегодня медленный; вся сеть ограничена скоростью 15 транзакций в секунду (TPS), и выполнение операций более масштабных по сравнению с этим ограничением по транзакциям чрезвычайно дорого. Для сравнения: платежная система из США Visa в одиночку обрабатывает тысячи транзакций в секунду.

Почему Ethereum такой медленный и дорогой в использовании? Короткий ответ - невероятно высокая стоимость децентрализации сама по себе и высокая (текущая) оплата за децентрализацию. Децентрализация является дорогостоящей, потому что, как и в большинстве современных блокчейнов, каждая нода (определяемая как компьютер, подключенный к сети, например, ноутбук с работающим программным обеспечением Ethereum) в Ethereum должна выполнять все вычисления сети, чтобы быть уверенным в том, что все участники соблюдают правила. Это потребляет реальную энергию и ресурсы. С точки зрения затрат времени, ноды, на которых работает Ethereum, разбросаны по всему миру - в конце концов, это общедоступная сеть привлекающая множество участников - и между различными нодами существуют высокие задержки связи и имеют влияние отличающиеся вычислительные возможности среди разных нод. Сеть должна поддерживать достаточную задержку, чтобы более медленные ноды могли «успевать» и вносить вклад в децентрализованное голосование сети. Если бы сеть Ethereum, в текущей конфигурации, начала бы обрабатывать слишком много данных за слишком короткое время, оборудование поддерживающее сеть, такое как ноутбуки или персональные серверы, не могло бы работать в необходимом темпе, и единственными функциональными нодами в сети были бы большие центры обработки данных. Это серьезно скомпрометировало бы децентрализацию Ethereum, поскольку эти ноды центров обработки данных могли бы легко образовывать картели и захватывать сеть или осуществлять над ней строгий контроль. Многие крипто сети (такие как EOS) реально испытывают (на момент написания этой статьи) данную проблему.

Поддержание достаточного уровня децентрализации в публичном блокчейне невероятно важно. Без децентрализации нет смысла использовать блокчейн, потому что централизованный блокчейн может легко подвергать цензуре транзакции участников сети, и его использование очень неэффективно по сравнению с обычной распределенной базой данных. В случае, если вы новичок в блокчейне, давайте вспомним, что до изобретения Сатоши Накамото этой новой формы децентрализованного управления для биткоина практически ни для одной системы было невозможно иметь управление без доверия - где все участники осуществляют некоторый контроль над решениями, но ни у кого нет полного (или наибольшего) контроля. Виталик Бутерин (изобретатель Ethereum) здорово ответил на вопрос аудитории об этом компромиссе между децентрализацией и производительностью, заявив, что любой может построить систему с высоким TPS, сделав ее в виде «дымящейся кучи централизованного мусора».

Что если бы было возможно создать блокчейн, где каждой ноде не нужно было обрабатывать транзакции каждой другой ноды, где можно было бы сократить расходы на связь, и обрабатывать только небольшое подмножество транзакций всей сети?

Введение в ETH2.

ETH2 - это новое поколение Ethereum, но даже называть его Ethereum, это немного ошибочно - это совершенно другой проект, с новой парадигмой относящийся к другим блокечейнам как ноль к одному в плане возможностей масштабирования. Цель ETH2 - улучшить масштабируемость, безопасность и программируемость Ethereum. Вместо 15 TPS в одной цепочке ETH2 будет обрабатывать от тысячи до десятков тысяч транзакций в секунду (или, возможно, больше) без ущерба для децентрализации. Фактически, ETH2 внедрит более экономически безопасный механизм консенсуса, называемый Proof-of-Stake (PoS), в отличие от системы Proof-of-Work (PoW), которая в настоящее время используется в блокчейне биткоина и ETH1. В традиционном блокчейне PoW (такой как блокчейн биткоина) новые биткоины эмитируются, а транзакции обрабатываются майнерами - частными лицами и организациями, которые используют дорогостоящее оборудование для решения очень сложных математических задач. Майнеры обеспечивают безопасность сети в обмен на эмитируемые монеты и комиссии уплачиваемые за транзакции. В блокчейне PoS (например, ETH2) все иначе, новые монеты создаются, а транзакции обрабатываются валидаторами, которые обеспечивают безопасность сети, блокируя свой эфир. По сути, безопасность, обеспечиваемая валидаторами, подкреплена залогом и пропорциональна ценности самой сети. Если валидатор плохо себя ведет (например, одобряет вредоносную транзакцию), его эфир может быть изъят. Этот механизм изъятия дает валидаторам большой стимул следовать правилам протокола.

Основной причиной превосходной безопасности PoS является так называемая атака «точка восстановления», от которой уязвимы системы PoW. Если злоумышленник сможет накопить достаточно оборудования для майнинга, чтобы атаковать биткоин или другой PoW блокчейн, то биткоин будет бессилен остановить дальнейшие атаки, так как сеть будет постоянно перезагружаться/делать хард-форк, только для того чтобы быть атакованной снова и снова, бесконечно, одной и той же майнинговой мощностью, Эфириум, напротив, гораздо более устойчив к такой атаке - Ethereum может сделать хард форк и изъять (подразумевается из цепочки после хард форка - прим. KTChampions) средства атакующего. Кроме того, ETH2 позволит разработчикам создавать свои собственные методы обработки транзакций, называемые средами исполнения, чтобы они, если захотят, могли использовать правила различных блокчейнов внутри Ethereum. Чтобы существенно упростить объяснение что такое среда исполнения, скажем: ETH2 позволит людям использовать правила биткоина для проведения транзакций, правила ZCash, правила ETH1 и многие другие мыслимые наборы правил в масштабе, на несколько порядков превышающем возможный сегодня, и все это при обеспечении безопасности такой же большой группой валидаторов, имеющей хорошие фонды. ETH2 достигнет этого с помощью так называемых шардов: каждый шард в ETH2 будет сродни блокчейну со своими уникальными производителями и валидаторами блоков, но он будет тесно связан с другими шардами и сможет общаться с ними, образуя большую сеть цепей шардов. Таким образом, вместо того, чтобы обрабатывать каждую транзакцию во всей сети, определенному валидатору в ETH2 потребуется только обрабатывать и проверять транзакции одного шарда. Это инновационная технология, которая позволит людям, использующим неспециализированное оборудование, полноценно участвовать в сети ETH2.

Важно отметить, что каждый шард в ETH2 будет иметь ту же защиту, что и любой другой шард. Для того, чтобы сломать один шард, вам придется сломать всю систему. Эта модель безопасности обеспечивает гораздо лучшие гарантии безопасности, чем такие платформы, как Cosmos, где каждая цепочка несет ответственность за свою собственную безопасность, что приводит к фрагментированной и легко атакуемой сети. Таким образом, чтобы скомпрометировать ETH2, злоумышленник должен купить и заблокировать эфир на миллиарды долларов (сумма, которая вырастет намного больше, если цены на эфир возрастут).

Вот изображение того, как выглядит традиционная блокчейн сеть - это «цепочка» из блоков данных. Не беспокойтесь о понимании надписей "заголовок блока" или "список транзакций", так как этот рисунок только для иллюстрации:



И вот изображение того, как будет выглядеть ETH2, за исключением того, что вместо двух цепей шардов будет 64, причем все будут использовать цепь Маяка для координации друг с другом. Опять же, не беспокойтесь о технических деталях:


shard chain = цепочка шардов
beacon chain = цепочка Маяков
hash pointer = направление хеша
crosslink = поперечная связь
B is aware of a post-state root of A through the beacon chain link = В осведомлен о пост состоянии шарда А через звено цепочки Маяков

ETH2 разрабатывается девятью различными командами инженеров, которые финансируются за счет грантов Фонда Ethereum и получают поддержку от более широкого сообщества Ethereum. Команды создают приложения, называемые клиентами - вы можете представлять клиента как нечто похожее на веб-браузер, такой как Chrome или Firefox, за исключением того, что вместо доступа к веб-сайтам он получает доступ к сети Ethereum и участвует в ней. Разнообразие клиентов является основным принципом в Ethereum - предпосылка того, если один или два клиента сломаются или будут иметь ошибку, вся сеть не рухнет. Каждый клиент ориентирован на разные ниши использования, но все они смогут в полной мере участвовать в сети. Например, один клиент оптимизируется для смартфонов, а другой создается для использования предпринимателями. Команды инженеров разрабатывают ETH2 на основе спецификации, созданной высококвалифицированными исследователями (в основном докторами компьютерных наук или исследователями с эквивалентными званиями) в Ethereum Foundation, ConsenSys и более широком академическом сообществе. Большая часть исследований проводится в открытом виде на сайте ethresear.ch, где любой человек в мире с релевантной технической идеей, предложением или критикой может писать. Потребовались годы интенсивной переработки для того, чтобы спецификация достигла своего текущего состояния - были времена, когда исследователи думали, что они создали крепкую модель, но затем обнаруживали недостатки, которые требовали реорганизации частей или даже всей системы. Не будет преувеличением сказать, что исследовательская группа ETH2 - самая опытная и талантливая группа разработчиков протоколов во всей сфере блокчейна.

Вот список команд, создающих ETH2 (не обращайте внимание на порядок):

ChainSafe Systems

- Компания из 30+ человек, базирующаяся в Торонто, Онтарио, 5 разработчиков трудятся над собственным клиентом ETH2
- Независимые разработчики, которые встретились друг с другом на конференции разработчиков Toronto Ethereum
- Создание клиента под названием Lodestar, написанного на JavaScript

PegaSys

- Команда из 50 человек распределена по всему миру, это работники ConsenSys, крупнейшей компании в экосистеме Ethereum.
- Создание дружественного к ETH1 клиента под названием Pantheon
- Есть команда исследователей, которые усердно работают над спецификацией ETH2
- Создание Java-клиента под названием Artemis, оптимизированного для использования предпринимателями

Harmony

- Команда из 4 человек, базируется в России
- Создание клиента Java Ethereum
- Пока о них не так много публично доступной информации
- Потенциал объединения с PegaSys/Artemis

Parity Technologies

- Компания из 60+ человек, базирующаяся в Берлине, с большим количеством работников трудящихся удаленно (не все работают на ETH2)
- Получили 5 миллионов долларов от Ethereum Foundation на создание клиента ETH2 с именем Substrate Shasper
- Parity также является командой амбициозного проекта по совместимости блокчейнов Polkadot, который некоторые считают конкурентом Ethereum.
- Построен и поддерживается второй по популярности клиент в ETH1, также называемый Parity

Prysmatic Labs

- Команда из 6 человек, США.
- Активно публикуют обновления в своем блоге, которые являются отличным способом узнать о ETH2 и отслеживать его более подробно
- Построение клиента под названием Prysm, предназначенного для широкого применения, аналогично Geth в ETH1

[KTChampions]

Sigma Prime

- Команда из 4 человек базируется в Сиднее, Австралия
- Эксперты по кибербезопасности с очень сильным академическим опытом/опытом разработки программного обеспечения
- Создание клиента под названием Lighthouse, подходящего для основных случаев использования

Status

- Команда из 8 человек распределенная по всей Европе
- Работа над легким клиентом под названием Nimbus, предназначенным для запуска на смартфонах и для других «легких» сред

Trinity

- Команда из 4 человек работающая по контракту с Ethereum Foundation
- Создание легкого клиента, который послужит прототипом для более продвинутых версий

Nethermind

- Команда из 7 человек базируется в Лондоне и Польше
- Создание клиента Windows для ETH2 в .NET

Запуск ETH2 разделен на несколько этапов, но наиболее важными являются первые три. На этих этапах происходит поэтапное развертывание различных компонентов ETH2, поскольку для их правильного построения требуется много времени, а постепенное внесение изменений значительно снижает технический риск. Философия «двигаться быстро и совершать прорывы» неразумна для крипто сети стоимостью в миллиарды долларов. В отличие от централизованной технологической компании, которая может быстро вносить исправления, крипто сеть с серьезной ошибкой клиента может привести к хаосу в течение продолжительного периода времени, поскольку все участники сети вынуждены вручную обновляться до новых версий клиента, а в худшем случае (например, злоумышленнику удается напечатать новый эфир из воздуха), многочисленные транзакции придется откатить, чтобы сохранить работоспособность сети. Это окажет крайне негативное влияние на репутацию, о чем свидетельствует взлом DAO в 2016 году, в результате которого часть разработчиков и пользователей Ethereum отделились в собственную цепочку под названием Ethereum Classic.

Фаза 0, которая, вероятно, произойдет в конце второго квартала/начале третьего квартала 2020 года, вводит цепочку Маяков, которая будет служить своего рода «центром управления и контроля» для всей сети ETH2. Цепочка Маяков определяет валидаторов и назначает их разным цепочкам шардов, где они будут обрабатывать транзакции в течение некоторого времени, а затем случайным образом перетасовываются в другой шард. Эта перестановка является ключевым компонентом безопасности ETH2, так как без него можно было бы подкупить или скомпрометировать крошечное подмножество валидаторов, чтобы помешать работе ETH2. Цепочка Маяков также будет верифицировать достоверность блоков, созданных различными шардами, так чтобы между ними можно было обмениваться эфиром, токенами и данными. Выражаясь в терминах Калифорнии 1970-х годов: цепь Маяков - это блокчейн, который управляет другими блокчейнами, чуваааак.

Если цепочка Маяков является командой и управлением, то валидаторы осуществляют локальные операции. Валидаторы - это участники сети PoS, которые отвечают за обработку и упорядочение сетевых транзакций и передачу их между собой и другим участникам. За это они получают вознаграждение в виде комиссий за транзакции и вновь созданных монет (эмиссия). Валидаторы играют, пожалуй, самую важную роль в крипто сети, и разработка стимулов для их поведения в конструктивном ключе является одной из основных задач, которые ETH2 пытается решить. Цепочка Маяков также будет отвечать за отключение валидаторов, которые плохо себя ведут.

Фаза 1 ETH2, которая должна произойти в 2021 году, запустит цепочки шардов, но без возможности обрабатывать или структурировать данные в шардах. Данные будут храниться в цепочках шардов в необработанном виде (известном как «капля данных») и будут в основном существовать чтобы убедиться, что цепочки шардов могут должным образом связываться друг с другом и с цепочкой Маяка. Шарды не смогут каким-либо образом обрабатывать данные. Сначала может показаться, что фаза 1 - это прославленная тестовая сеть с ограниченной полезностью, но это не совсем так. Новые или существующие DApps смогут использовать это хранилище данных для повышения своей масштабируемости. Например, децентрализованное DApp Twitter сможет хранить свои данные в цепочках шардов, а выполнять большую часть вычислений вне цепочки, а ETH1 обеспечит гарантии высокого уровня безопасности. Во время фазы 1 ETH1 будет работать в обычном режиме, а цепочки 1.0 и 2.0 будут работать параллельно.

В конце декабря 2019 года Виталик предложил перевести ETH1 в цепочку Маяков по ускоренному графику, чтобы Ethereum смог реализовать преимущества PoS и быстрее объединиться с ETH2. Изначально ETH1 существовал бы как его собственный особый шард (а не как среда выполнения), но в конечном итоге был бы преобразован в среду выполнения на этапе 2. На данный момент не предложено никаких сроков, когда это произойдет, но кажется вероятным, что это произойдет в фазе 1.

Фаза 2, запуск которой запланирован на 2021 или 2022 годы, осуществит истинное видение ETH2. Шарды смогут обрабатывать транзакции, а сеть ETH2 будет использоваться для реальных бизнес приложений. Интеллектуальные контракты в шардах будут введены на этапе 2 вместе со средами исполнения, в которых выполняются эти интеллектуальные контракты. Как упоминалось ранее, среды выполнения позволят разработчикам создавать произвольные наборы правил для обработки своих транзакций. Это означает, что разработчики протоколов смогут создавать среды исполнения, имитирующие правила биткоин, Zcash, ETH1 или почти любого другого мыслимого метода для обработки блокчейн транзакций. Таким же образом, как ETH1 отдалился от биткоина для введения смарт контрактов на блокчейне, ETH2 будет отдаляться от ETH1, чтобы переопределить саму природу блокчейн вычислений.

В отношении некоторых компонентов ETH2 по-прежнему существует ряд незавершенных исследовательских вопросов, таких как: как данные будут предоставляться и храниться таким образом, который поддерживает децентрализацию (чтобы небольшой картель поставщиков данных не смог монополизировать сеть), как перекрестные шард транзакции будут работать, управление средой исполнения и многое другое. Тем не менее, исследования по этим вопросам идут быстрыми темпами.

Резюмируем информацию по первым трем фазам ETH2:

Фаза 0

- Осуществится в конце второго квартала/начале третьего квартала 2020 года
- Запускает цепочку маяков и валидаторов PoS на цепочке маяков
- ETH1 продолжит работать в обычном режиме

Фаза 1

- Осуществится в 2021 году
- Запускает цепочки шардов и позволяет хранить данные в этих цепочках, но не обрабатывать транзакции в шардах.
- ETH1 либо продолжает функционировать как обычно, либо объединяется с ETH2 в качестве специального шарда

Фаза 2

- Осуществится в конце 2021/начале 2022 года
- Позволит осуществлять обработку транзакций в шардах
- Через некоторое время ETH1 переходит в ETH2 в качестве среды выполнения.

Ethereum будет продолжать развиваться и после фазы 2, но с этого момента будущее более туманно. Некоторые возможные направления включают в себя использование ZK-SNARK для масштабируемости, дальнейшее развитие легких клиентов, квадратичный шардинг (в основном, шарды внутри шардов) и в далеком будущем абстрагирование самого понятия шардов с помощью консенсусного механизма, называемого CBC Casper.

С моей точки зрения, будущее Ethereum выглядит прекрасным. Не существует других блокчейнов со смарт контрактами, где бы была такая критическая масса исследователей, разработчиков, пользователей и проектов какая есть у Ethereum, и нет лучшего времени для участия чем сейчас. Ethereum находится на пороге крупнейшего и наиболее важного обновления, которое он, вероятно, когда-либо претерпит, - обновление, которое, в случае успешного внедрения, будет огромной ценностью для всего мира.

Оригинал: https://medium.com/@chromaticcapital/eth2-for-dummies-11ff9b11509f
Автор: Grant Hummer
Перевод: KTChampions

Буду благодарен за помощь в исправлении ошибок и неточностей.

[TopTort777]

Если не брать во внимание пропущенные запятые (порой спорные), то я бы поправил:

"несоблюдением сроков и постоянно меняющейся информацией о планах на будущее." - оставить просто "о планах", т.к. планы на прошлое или настоящее сложно строить.

[A-Bolt]

"несоблюдением сроков и постоянно меняющейся информацией о планах на будущее." - оставить просто "о планах", т.к. планы на прошлое или настоящее сложно строить.

Можно строить планы на отпуск, можно разрабатывать план захвата мира, можно курить план. Помимо этих планов существуют планы на будущее - это вполне устоявшееся выражение, всё правильно переведено.