Александр Цихилов - Блокчейн. Принципы и основы

Занимаясь интеграцией концепта Proof-of-Work в свой проект Bit Gold, который

многие считают «предтечей» Биткоина, Ник Сабо столкнулся с проблемой, когда фиксированная сложность вычислительной задачи вела к потенциальной

уязвимости, которая с большой вероятностью проявилась бы в будущем. Дело

в том, что совокупная вычислительная мощность сети будет со временем

естественным образом расти. Произойдет это по двум причинам: во-первых, вырастет общее количество узлов, а во-вторых, согласно закону Мура, усредненная вычислительная мощность отдельно взятого узла системы будет

также постепенно увеличиваться. Таким образом, через какое-то время

заложенная в логике проекта фиксированная сложность вычислительной

задачи перестанет быть для сети проблемой. В конечном итоге сетевые узлы

превратятся в «печатные станки» для электронных денег, что неизбежно

спровоцирует в системе гиперинфляцию. Стоит ли сомневаться, что после

этого все узлы системы будут материально демотивированы и едва ли захотят

в дальнейшем участвовать в подобном проекте.

Напомним, что суть сложновычислимой задачи в проекте Bit Gold состояла в

переборе хешей различных прообразов. А конечной целью было нахождение

такого хеша, который бы считался для всей сети валидным — то есть в данном

случае содержал определенное количество нулей в начале строки данных.

Статическая сложность вычислительной задачи стала для Сабо одним из

непреодолимых препятствий, которое так и не позволило BitGold увидеть свет.

Однако Сатоши Накамото в своем проекте Биткоин эту задачу решил, и, как мы

сейчас убедимся, достаточно элегантно.

На самом деле для данной проблемы напрашивается очевидное решение: если статическая сложность задачи является барьером для экономической

стабильности системы, то необходимо сделать ее динамической. Как нам уже

известно, для того, чтобы получить n нулевых бит в начале строки хеша, надо

перебрать для хеширования максимум 2n прообразов. Очевидно, что чем

больше число n, тем сложность задачи экспоненциально увеличивается.

Накамото предложил хешировать заголовок создаваемого блока, начав с

самой маленькой сложности. В этом случае нужно было получить всего восемь

нулевых символов в начале строки хеша заголовка. Поскольку один символ

занимает четыре бита, то необходимо было перебрать не более

232 вариантов, то есть около 4,3 млрд. А затем, по мере увеличения

количества узлов в сети, которые пытаются искать валидные хеши, пропорционально поднимать сложность, увеличивая требования к количеству

стартовых нулей.

Когда Накамото запустил свою сеть Биткоин в начале января 2009 года, в ней, помимо самого создателя системы, не было других участников. Поэтому

первые блоки «намайнил» именно сам Накамото. Когда в сети Биткоин стали

появляться другие узлы, сложность сети начала постепенно увеличиваться.

Логика управления сложностью была заложена следующая: сложность сети

должна быть такова, чтобы вне зависимости от количества узлов, которые

ищут блоки, а также от их вычислительной мощности новый блок можно было

бы найти в среднем не более и не менее чем за десять минут. Сложность

пересчитывалась каждые 2016 блоков, то есть примерно один раз в две

недели. Совокупное, реально затраченное время нахождения всех 2016 блоков

разделялось на их количество, и полученный результат сравнивался с

десятиминутным эталоном. Если блоки находились в среднем быстрее, сложность увеличивалась — то есть поднимались требования к количеству

нулей в хеше заголовка блока. Если медленнее — требования уменьшались.

Теперь следует сделать отступление, чтобы разобраться, каким образом

перебираются хеши в процессе майнинга. Поскольку хешируется заголовок

блока, это означает, что хешируемая информация довольно статична. А это, в

свою очередь, говорит о том, что при неизменном прообразе мы будем все

время получать один и тот же хеш. Что входит в противоречие с нашей целью

— найти «золотой» хеш, чтобы он начинался с большого количества нулей.

Давайте взглянем еще раз на структуру заголовка блока, чтобы понять: есть ли

там какая-либо динамическая величина, которая будет меняться настолько

быстро, чтобы у майнера была возможность хешировать миллионы, миллиарды или даже триллионы прообразов в секунду?

Порядковый номер блока — информация сугубо статичная, которая меняться