Алгоритм розділення BlockFlow

Шарувальний алгоритм BlockFlow компанії Alephium є значним проривом у масштабованості та ефективності блокчейну. Шляхом вирішення обмежень традиційних архітектур блокчейну BlockFlow дозволяє високу пропускну здатність транзакцій при збереженні децентралізації та безпеки.

Розуміння шардінгу в блокчейні

Шардування - це техніка, яка розбиває мережу блокчейн на менші, більш керовані сегменти, які називаються шардами. Кожен шард відповідає за обробку підмножини транзакцій мережі, що дозволяє обробляти кілька транзакцій паралельно. Ця дільниця підвищує загальну пропускну здатність та продуктивність мережі, пом'якшуючи проблеми, такі як затори та високий час затримки, які є поширеними у монолітних структурах блокчейну.

Підхід BlockFlow

BlockFlow відрізняється тим, що вона впроваджує унікальний механізм шардування, який покращує модель невитрачених вихідних транзакцій (UTXO). У цій системі адреси розділяються на групи, а транзакції категоризуються за походженням і призначенням груп. Зокрема, транзакції з групи ягрупуватиjобробляються в межах відповідного шару (i, j). Ця структура забезпечує, що кожна група повинна керувати лише транзакціями, що стосуються її пов'язаних шарів, зменшуючи обчислювальне навантаження та покращуючи масштабованість.

Критичною інновацією BlockFlow є його здатність ефективно обробляти трансакції між шардами. Традиційні моделі шарування часто потребують складних протоколів, таких як двофазні підтвердження, для управління трансакціями, які охоплюють кілька шардів. BlockFlow, однак, використовує структуру даних напрямленого ациклічного графа (DAG), яка реєструє залежності між блоками різних шардів. Це рішення дозволяє здійснювати одноетапне підтвердження трансакцій між шардами, спрощуючи процес та покращуючи користувацький досвід.

Технічна реалізація

У мережі Alephium блокчейн розділяється на кілька груп, кожна з яких містить кілька ланцюгів. Наприклад, при чотирьох групах є шістнадцять ланцюгів, кожен з яких відповідає за обробку транзакцій між конкретними групами (наприклад, ланцюг 0->0, 1->2, 2->1, 3->0). Кожний блок у мережі містить список залежностей, що посилаються на блоки з інших ланцюгів. Ця взаємопов'язаність, полегшена структурою DAG, забезпечує, що всі фрагменти зберігають послідовний та синхронізований стан, зберігаючи цілісність реєстру.

Структура блоку в Alephium включає кілька атрибутів:

• Часовий штампЧас створення блоку.
• Хеш: унікальний ідентифікатор блоку, останні два байти якого вказують на пов'язане з ним ланцюжок.
• Висота: Позиція блоку в ланцюгу.
• Ціль: Поточний рівень складності мережі.
• Число: Значення, яке шахтарі коригують, щоб відповідати цілі складності.
• Залежності блоків (blockDeps): Посилання на хеші блоків з різних ланцюжків, від яких залежить поточний блок.
• Хеш транзакцій (txsHash): Корінь Меркла всіх транзакцій, включених у блок.
• Хеш залежної держави (depStateHash): Хеш стану, від якого залежить блок.
• Транзакції: Список транзакцій, що міститься в блоку.

Ця комплексна структура дозволяє алгоритму BlockFlow зберігати цілісність реєстру по всіх фрагментах, значно збільшуючи пропускну здатність транзакцій.

Переваги BlockFlow

Впровадження BlockFlow надає кілька помітних переваг:

• Масштабованість: Завдяки можливості паралельної обробки транзакцій на кількох частинах, BlockFlow дозволяє мережі обробляти великий обсяг транзакцій одночасно, досягаючи пропускну здатність понад 10 000 транзакцій на секунду.
• Ефективність: Процес підтвердження одного кроку для транзакцій між шардами зменшує складність та затримку, забезпечуючи безшовний досвід для користувачів.
• Безпека: Використання структури DAG для управління залежностями блоків забезпечує постійне оновлення всіх фрагментів, що забезпечує безпеку та точність блокчейну.

Механізм консенсусу Proof-of-Less-Work (PoLW)

Механізм консенсусу Proof-of-Less-Work (PoLW) Alephium представляє значний розвиток у технології блокчейну, вирішуючи критичні питання споживання енергії та мережевої безпеки, властиві традиційним системам Proof-of-Work (PoW). Інтегруючи економічні стимули з обчислювальними процесами, PoLW пропонує більш стійкий та ефективний підхід до забезпечення цілісності блокчейну.

Виклики традиційного доказу роботи

Традиційні механізми PoW, які ілюструються Bitcoin, вимагають від гірників виконання великої обчислювальної роботи для перевірки транзакцій та забезпечення безпеки мережі. Хоча цей підхід ефективний у забезпеченні децентралізації та безпеки, він потребує значного споживання енергії, що викликає серйозні екологічні обурення та підштовхує до пошуку більш екологічно-дружніх альтернатив.

Інноваційний підхід до доказу меншої роботи

PoLW від Alephium переосмислює рамки PoW, включаючи токеноміку в процес консенсусу. У цій моделі обчислювальні зусилля, необхідні для майнінгу нових блоків, динамічно коригуються на основі загальної хешрейту мережі та економічної вартості власного токена ALPH. Ця динамічна корекція забезпечує витрати енергії, які відповідають потребам у безпеці мережі без зайвого споживання ресурсів.

Відмінною рисою PoLW є інтеграція механізму спалювання токенів у процесі видобутку. Шахтарям потрібно спалити частину своїх токенів ALPH у рамках процедури підтвердження блоку. Цей процес спалювання служить подвійною метою: він зменшує обігову кількість ALPH, що потенційно підвищує його вартість, та внутрішньо усвідомлює частину витрат на видобуток, що призводить до більш збалансованої та енергоефективної роботи мережі.

Енергоефективність та вплив на навколишнє середовище

Впровадження PoLW призводить до значного зменшення споживання енергії, досягаючи понад 87%-ний зниження порівняно з традиційними системами PoW. Це значне покращення досягається без піддавання мережі безпеці або децентралізації. За допомогою вирівнювання економічних стимулів з обчислювальними зусиллями, PoLW Alephium пропонує більш стійке рішення, що вирішує екологічні проблеми, пов'язані з технологіями блокчейн.

Безпека та децентралізація

Забезпечення надійної безпеки та децентралізації є найважливішим у дизайні Alephium. PoLW забезпечує, що при мінімізації споживання енергії мережа залишається стійкою до атак. Вимога до рударів згорати токени ALPH вводить економічний стримувальний механізм до зловмисних дій, оскільки будь-яка спроба скомпрометувати мережу потребуватиме значних фінансових витрат. Цей економічний зацікавленість, сполучений з обчислювальними зусиллями, зміцнює безпекову структуру мережі.

Модель UTXO зі збереженим станом

Станова модель непотрачених вихідних транзакцій (UTXO) Alephium представляє собою значний прогрес у блокчейн-архітектурі, ефективно поєднуючи переваги традиційної моделі UTXO з гнучкістю моделі на основі рахунків. Цей інноваційний підхід посилює масштабованість, безпеку та програмованість, вирішуючи обмеження, властиві раніше блокчейн-системам.

Традиційні моделі: UTXO проти моделі на основі рахунків

У технології блокчейн використовуються дві основні моделі для управління транзакціями та смарт-контрактами:

• Модель UTXO: Зайнятий Bitcoin, ця модель розглядає кожну транзакцію як окрему одиницю, забезпечуючи високий рівень безпеки та сприяючи простій перевірці транзакцій. Однак в ній відсутня вбудована підтримка складних смарт-контрактів та змінюваних станів.
• Модель на основі облікового запису: Використовується Ethereum, ця модель підтримує глобальні стани, відстежуючи баланси рахунків та стани контрактів, що дозволяє складні розумні контракти та додатки. Незважаючи на більшу гнучкість, вона може зіткнутися з викликами, пов'язаними з масштабованістю та безпекою.

Станова модель UTXO Alephium

Alephium вводить становий UTXO-модель, яка синергетично поєднує переваги обох традиційних моделей. У цій архітектурі:

• UTXO зі змінними станами: Кожен UTXO може мати пов'язаний змінний стан, що дозволяє розробляти складні смарт-контракти, зберігаючи при цьому вбудовані безпечність переваги структури UTXO.
• Підвищення безпеки: Зберігаючи парадигму UTXO, Alephium забезпечує, що активи належать безпосередньо користувачам, а не контрактам, зменшуючи потенційні вектори атак і підвищуючи безпеку активів.
• Масштабованість та шардування: Модель розроблена для безшовної роботи з механізмом розсіювання Alephium, що дозволяє ефективну паралельну обробку транзакцій та смарт-контрактів на кількох фрагментах.

Наслідки для розумних контрактів та додатків

Модель стану UTXO пропонує кілька переваг для розробників та користувачів:

• Дрібнозернистий контроль: Розробники можуть проектувати контракти з точним контролем стану переходів, покращуючи безпеку та зменшуючи ризик непередбачених поведінок.
• Паралельна обробка: Модель підтримує одночасне виконання транзакцій, підвищуючи пропускну здатність та забезпечуючи більшу стійкість мережі під високим попитом.
• Спрощена верифікація: Дискретний характер UTXO спрощує перевірку транзакцій, сприяючи загальній ефективності мережі.

Віртуальна машина Alephium та мова програмування Ralph

Технологічна структура Alephium відрізняється спеціально створеною віртуальною машиною Alphred і спеціальною мовою програмування Ralph. Разом вони забезпечують надійне та безпечне середовище для розробки децентралізованих додатків (dApps) і смарт-контрактів, усуваючи багато обмежень, виявлених у існуючих блокчейн-платформах.

Віртуальна машина Alphred

Alphred - це віртуальна машина на основі стеку, спеціально розроблена для використання моделі sUTXO (stateful UTXO) Alephium. Ця архітектура підтримує як незмінну модель UTXO для безпечного управління активами, так і модель, засновану на облікових записах, для обробки станів контрактів, пропонуючи універсальну основу для складного розвитку додатків. Alphred вводить кілька інноваційних функцій для підвищення безпеки та ефективності:

• Система дозволів на активиЦя система явно визначає потоки активів на рівні віртуальної машини, забезпечуючи, що всі перекази активів у межах розумних контрактів відбуваються так, як задумано. Шляхом усунення ризиків, пов'язаних з схваленням токенів, вона забезпечує більш безпечний досвід користувача.
• Довірчі транзакції з P2P смарт-контрактами: Alphred сприяє взаємодії між рівними у розумних контрактах без посередників, сприяючи децентралізації та виконанню без довіри.

Дизайн віртуальної машини також враховує загальні вразливості децентралізованих додатків, такі як атаки на повторний виклик та несанкціонований доступ, шляхом включення вбудованих заходів безпеки. Цей проактивний підхід забезпечує, що розробники можуть зосередитися на функціональності, не жертвуючи безпецею.

Мова програмування Ральф

Доповнюючи Альфреда, мова програмування Alephium, Ральф, призначений для написання ефективних та безпечних смарт-контрактів. Інспірований синтаксисом Rust, Ральф пропонує знайому структуру для розробників, полегшуючи процес навчання. Основні аспекти Ральфа включають:

• Простота і безпека: Ральф призначений для спрощення створення смарт-контрактів з мінімізацією можливих вразливостей. Його синтаксис та структура допомагають уникнути поширених програмних помилок, підвищуючи загальний рівень безпеки dApps.
• Інтеграція з Alphred: Ральф безперешкодно інтегрується з віртуальною машиною Alphred, що дозволяє розробникам повністю використовувати модель sUTXO та Систему дозволів на активи. Ця інтеграція забезпечує, що смарт-контракти є одночасно потужними та безпечними.
• Підтримка розробників: Для допомоги розробникам Alephium надає протокол мовного сервера (LSP) для Ральфа, який пропонує функції, такі як автозавершення коду, діагностика та переходи до визначень. Ця підтримка покращує досвід розробки та оптимізує процес кодування.

Поєднуючи можливості Альфреда та Ральфа, Alephium надає комплексну платформу для побудови масштабованих, безпечних та ефективних децентралізованих додатків. Цей інтегрований підхід не лише вирішує існуючі виклики у розвитку блокчейну, але й відкриває шлях для інноваційних рішень у децентралізованому екосистемі.