Что произойдет с Биткоин в случае глобального отключения интернета?

Оригинальное название статьи: Inside Bitcoin's 24-Hour Race to Survive a Global Internet Blackout

Автор оригинала: Liam 'Akiba' Wright, CryptoSlate

Перевод: Chopper, Foresight News

Представьте сценарий, в котором глобальная интернет-магистраль рушится в течение дня.

Будь то человеческая ошибка, катастрофическая уязвимость программного обеспечения, вредоносный компьютерный вирус или прямой военный конфликт — если физические узлы обмена интернет-трафиком, соединяющие мир, внезапно погрузятся во тьму, какая судьба ждет Биткоин?

Если Франкфурт, Лондон, Вирджиния, Сингапур и Марсель одновременно отключатся, сеть Биткоин разделится на три отдельные части.

Связь через Атлантику, Средиземное море и основные транстихоокеанские маршруты остановится, при этом Америка, Европа/Африка, Ближний Восток и Азия сформируют свои собственные независимые истории транзакций до тех пор, пока сетевое соединение не будет восстановлено.

Внутри каждой части майнеры будут продолжать создавать блоки на основе оставшегося хешрейта

При целевом времени блока 10 минут, регион с 45% хешрейта будет производить примерно 2,7 блока в час, регион с 35% хешрейта — около 2,1 блока, а регион с 20% хешрейта — около 1,2 блока. Поскольку узлы не могут обмениваться заголовками блоков или данными транзакций между частями, каждый регион будет автономно расширять валидный блокчейн, не зная о других.

Со временем, по мере распределения хешрейта и течения времени, естественная длина форка будет постоянно увеличиваться.

Этот ритм разделения приводит к тому, что расщепление цепи становится неизбежным результатом. Мы распределили примерные проценты хешрейта по каждому региону: Америка 45%, Азия 35%, Европа/Африка 20%, используемые в качестве эталона для моделирования.

В американском сегменте будет появляться примерно 6 новых блоков каждые два часа, в Азии — 4-5, а в Европе/Африке — 2-3.

Через сутки количество блоков в расщепленной цепи превысит сотню, выходя за рамки обычных реорганизаций, что вынудит сервисы рассматривать региональное подтверждение как временное.

Потенциальная глубина реорганизации при сбое раздела увеличивается линейно со временем изоляции

Локальный мемпул немедленно разделится. Транзакция, транслируемая в Нью-Йорке, не может достичь Сингапура, поэтому получатель за пределами раздела отправителя вообще не увидит транзакцию до восстановления сети.

Рынок комиссий каждого раздела будет демонстрировать характеристики локализации. Пользователи должны конкурировать с локальным хешрейтом за ограниченное пространство в блоке, поэтому в регионах с низкой, но высоко востребованной долей хешрейта комиссии будут расти быстрее всего.

Когда окончательность транзакций теряется глобально, криптобиржа, платежные процессоры и кастодиальные кошелек обычно приостанавливают вывод средств и ончейн-расчеты; контрагенты в Lightning Network столкнутся с неопределенностью — транзакции, подтвержденные в миноритарных разделах, могут стать недействительными.

Автоматическая сверка после восстановления сети

После восстановления сетевого соединения узлы инициируют процесс автоматической сверки: каждый узел сравнит различные блокчейны, а затем реорганизуется в валидную цепь с наибольшим объемом накопленной работы.

Фактические затраты в основном отражаются в трех областях:

· Реорганизация приведет к тому, что блоки в миноритарных разделах станут недействительными, при этом глубина инвалидации зависит от продолжительности разделения;

· Транзакции, которые были подтверждены только в нерабочей цепи, должны быть повторно транслированы и приоритизированы;

· Криптобиржа и кастодианы должны выполнить дополнительные операционные проверки перед возобновлением обслуживания.

Во время 24-часового разделения сети после повторного подключения десятки или сотни блоков в миноритарных разделах могут стать осиротевшими. Связанным сервисам также потребуется несколько дополнительных часов для перестройки мемпула, пересчета балансов и восстановления возможностей вывода средств.

Из-за ручной проверки, необходимой для фиатных каналов, комплаенс-проверок и управления каналами, полная нормализация экономической деятельности часто отстает от протокольного уровня.

Моделирование изолированного состояния через «долю достижимого хешрейта», а не количество узлов, облегчает понимание его динамических изменений:

· Когда 30% хешрейта изолировано, миноритарный раздел производит примерно 1,8 блока в час. Это означает, что стандартный платеж с 6 подтверждениями внутри раздела столкнется с риском инвалидации примерно через 3 часа 20 минут — если оставшиеся 70% сети построят более длинную цепь, эти 6 блоков могут стать осиротевшими.

· В сценарии разделения 50/50, где два раздела имеют схожую накопленную работу, даже короткое разделение приведет к тому, что оба будут иметь конкурентную историю транзакций, помеченную как «подтвержденная», что приведет к случайным результатам после повторного подключения.

· В сценарии разделения 80/20 мажоритарный раздел почти неизбежно побеждает; миноритарный раздел, производящий около 29 блоков в день, будет осиротевшим при слиянии, что приведет к отмене многих подтвержденных транзакций в этой области.

Риск реорганизации является произведением «времени» и «хешрейта миноритарного раздела», причем самым опасным сценарием является «длительная изоляция + разделение хешрейта почти поровну».

Роль существующих инструментов устойчивости

В настоящее время существуют различные инструменты для повышения устойчивости сети, которые влияют на фактические последствия отключения:

Альтернативные методы передачи, такие как спутниковые линии связи, высокочастотные радиореле, сети с устойчивостью к задержкам, ячеистые сети и Tor-мосты, могут доставлять заголовки блоков или сжатые потоки транзакций по поврежденным маршрутам.

Эти пути имеют узкую полосу пропускания и высокую задержку, но даже прерывистая передача данных между разделами может уменьшить глубину форка, позволяя некоторым блокам и транзакциям проникать в другие разделы.

Разнообразие соединений узлов внутри майнинг-пулов и географическое распределение майнинг-пулов могут увеличить вероятность частичного распространения данных по всему миру через побочные каналы, тем самым ограничивая глубину и продолжительность реорганизаций при восстановлении магистральной сети.

Поэтому во время разделения сети операционные рекомендации для участников рынка ясны и кратки:

· Приостановить межсетевые расчеты, рассматривать все подтверждения транзакций как временно валидные и оптимизировать механизмы оценки комиссий для локальных скачков комиссий;

· Криптобиржа могут переключиться в режим резервного подтверждения (proof-of-reserve) и расширить пороги подтверждения для устранения риска миноритарного раздела, выпуская четкие политики — устанавливая требуемое количество подтверждений на основе продолжительности изоляции при приостановке вывода средств;

· Кошелек должны четко предупреждать пользователей о рисках региональной окончательности, отключать автоматическую перебалансировку каналов и ставить в очередь чувствительные ко времени транзакции для повторной отправки после восстановления сети;

· Майнеры должны поддерживать диверсифицированные восходящие соединения и избегать ручного изменения стандартного «правила выбора самой длинной цепи» во время координации.

С точки зрения дизайна, сам протокол может выжить — узлы автоматически сойдутся к цепи с наибольшим объемом накопленной работы, как только они снова подключатся.

Однако пользовательский опыт во время разделения будет значительно ухудшен, поскольку экономическая окончательность зависит от согласованного глобального распространения данных.

В худшем случае отключения нескольких узлов на день наиболее вероятными результатами являются: временная трансграничная недоступность, серьезные и неравномерные скачки комиссий и глубокие реорганизации, приводящие к сбоям региональных подтверждений.

После восстановления сети программное обеспечение детерминировано сверит реестр, а сервисы возобновят полную функциональность после завершения операционных проверок.

Последний шаг: как только баланс и история транзакций в победившей цепи станут согласованными, возобновить вывод средств и каналы Lightning Network.

Если разделение неисправимо

Что произойдет, если те узлы магистральной сети, упомянутые в начале, невозможно будет восстановить? В этом антиутопическом сценарии Биткоин, который мы знаем, перестал бы существовать.

На его месте возникли бы постоянные географические разделы, каждый из которых работал бы как независимая сеть Биткоин: разделяя одни и те же правила, но не имея возможности общаться друг с другом.

Каждый раздел продолжал бы майнить, корректировать сложность в своем собственном темпе и развивать отдельные экономические системы, книги ордеров и рынки комиссий. Без восстановления связи или выбора единой цепи через ручную координацию не было бы механизма для сверки историй транзакций разных разделов.

Консенсус и корректировка сложности

До того, как каждый раздел завершит следующий раунд из 2016 блоков для корректировки сложности, время блока будет варьироваться в зависимости от того, является ли достижимый хешрейт более быстрым или медленным. После корректировки каждый раздел снова стабилизирует свое локальное время блока до примерно 10 минут.

Основываясь на оценке прошлого распределения хешрейта, начальные времена корректировки сложности для каждого раздела были бы следующими:

После начальной корректировки каждый раздел поддерживал бы время блока примерно 10 минут, за которым следовали бы независимые халвинги и корректировки сложности.

Без межконтинентальных соединений каждому региону потребовалось бы 31 день, 40 дней и 70 дней соответственно, чтобы достичь своей первой цели по пересчету сложности.

Из-за разной скорости достижения высот халвинга до начальной корректировки сложности, даты халвинга для каждого раздела постепенно отклонялись бы в зависимости от фактического времени.

Предложение и «определение Биткоина»: комиссии, мемпул и платежи

Внутри каждого раздела ограничение предложения в 21 миллион монет на цепь остается в силе. Однако с глобальной точки зрения общее предложение Биткоин во всех разделах превысило бы 21 миллион монет — потому что каждая цепь независимо выпускала бы награды за блок.

На экономическом уровне это создает три взаимно несовместимых актива BTC: они разделяют адреса и закрытые ключи, но имеют разные наборы неизрасходованных выходов транзакций (UTXO).

Закрытый ключ может контролировать токены во всех разделах одновременно: если пользователь тратит один и тот же UTXO в двух регионах, эти транзакции были бы валидными в их соответствующих локальных цепях, в конечном итоге создавая «разделенные токены»: они разделяют историю до разделения, но имеют совершенно разные истории после разделения.

· Мемпул будет постоянно локализован, и кросс-шард платежи не будут распространяться; любые попытки заплатить пользователям в других шардах не достигнут предполагаемых получателей.

· Рынок комиссий сформирует локальное равновесие: в течение длительного периода до первой корректировки сложности шарды с небольшим процентом хешрейта будут более перегружены, но вернутся к норме после корректировки.

· Кросс-шард каналы Lightning Network не смогут маршрутизироваться: контракты с временной блокировкой хеша (HTLC) истекут, контрагенты опубликуют транзакции обязательств, и операции закрытия каналов будут эффективны только внутри локального шарда, что приведет к ликвидному тупику между шардами.

Безопасность, рынки и инфраструктура

Бюджет безопасности каждого шарда равен сумме локального хешрейта и комиссий. Хешрейт шарда, составляющего всего 20% от исходной сети, означает, что стоимость атаки была бы значительно ниже, чем у исходной глобальной сети.

В долгосрочной перспективе майнеры могут мигрировать в шарды с «более высокой ценой токена и более низкой стоимостью энергии», тем самым изменяя ландшафт безопасности каждого шарда.

Поскольку заголовки блоков не могут передаваться между шардами, злоумышленник в одном шарде не может подделать историю транзакций другого шарда, ограничивая любое атакующее поведение конкретным регионом.

· Торговые платформы будут регионализированы, и торговые пары будут расходиться — что приведет к вариациям, таким как BTC-A (Американская версия), BTC-E (Евро-Африканская версия), BTC-X (Азиатско-Тихоокеанская версия), при этом каждый шард все равно будет называть их BTC.

· Фиатные шлюзы, кастодиальные сервисы, рынки деривативов и расчетные сети будут фокусироваться на цепях из конкретных регионов. Провайдеры индексов и сервисы данных должны будут выбрать одну цепь для каждой платформы или предоставлять сводные данные для нескольких региональных цепей.

· Кросс-чейн активы и оракульные сервисы, полагающиеся на глобальные источники данных, либо потерпят неудачу, либо разделятся на региональные версии.

Правила протокола останутся согласованными без изменений локальной координации внутри шарда, но обновления в одном шарде не будут эффективны в других, что потенциально приведет к постепенному расхождению правил со временем.

ПО для майнинг-пулов, обозреватели блоков и кошелек должны будут создать независимую инфраструктуру для каждого шарда, а мультихостовым сервисам будет не хватать координации баланса между цепями без ручных стратегий.

Могут ли шарды реорганизоваться без хабоподобного соединения?

Если путь связи невозможно восстановить бесконечно, конвергенция на уровне протокола будет невозможна.

Единственный способ вернуться к единому реестру — это социальные и операционные средства: например, координация сторон для выбора цепи конкретного шарда в качестве ортодоксальной при отказе от или повторном воспроизведении транзакций из других шардов.

После недель глубоких разногласий уже невозможно автоматически реорганизоваться обратно в одну цепь.

Операционные моменты

Мы должны рассматривать постоянное разделение как «хард форк общей истории до разделения» для обработки:

· Правильно управлять закрытыми ключами для обеспечения безопасной траты токенов после разделения;

· Использовать только выходы транзакций, уникальные для каждой части, чтобы избежать случайного повторного воспроизведения транзакций между разделами;

· Установить отдельный учет, механизмы ценообразования и системы контроля рисков для каждого раздела.

Майнеры, криптобиржа и кастодианы должны выбрать основной раздел, опубликовать идентификаторы цепи и разработать политики депозита и вывода средств для каждой цепи.

Короче говоря, если узел магистральной сети никогда не может быть восстановлен и нет альтернативного пути для преодоления коммуникационного разрыва, Биткоин не погибнет; он превратится в несколько независимых сетей Биткоин, которые никогда не смогут воссоединиться.

Ссылка на оригинальную статью