Новые финансы: блокчейн, DeFi, Web3 и криптовалюты

Распределенные банки данных и механизмы консенсуса

Proof of Work (PoW), или доказательство работы, – это механизм консенсуса, используемый в различных сетях блокчейн, включая Bitcoin и Ethereum (до перехода к PoS). PoW был первым алгоритмом консенсуса, реализованным в мире криптовалют, и до сих пор остается популярным выбором для многих децентрализованных сетей. Основная цель PoW – обеспечить безопасность, целостность и неизменность блокчейна, которая достигается путем выполнения участниками сети сложных математических вычислений.

• Процесс майнинга. В блокчейн-сетях на основе PoW майнеры отвечают за подтверждение транзакций и добавление новых блоков в блокчейн. Майнеры соревнуются в решении сложной математической задачи, основанной на криптографической хеш-функции. Первый майнер, нашедший ответ, известный также как nonce, передает его в сеть, и, если он подтверждается другими узлами, майнеру разрешается добавить новый блок в блокчейн. За свою работу майнер получает вознаграждение в виде новой криптовалюты и комиссионных от подтвержденных транзакций.

• Вычислительная мощность и корректировка сложности. Сложность математической задачи в сетях PoW периодически корректируется для поддержания постоянной скорости создания блоков. По мере увеличения общей вычислительной мощности сети сложность задачи также увеличивается, сохраняя стабильную скорость создания новых блоков. Этот саморегулирующийся механизм способствует обеспечению безопасности и стабильности сети.

• Энергопотребление и вопросы экологии. Одной из основных претензий в адрес механизмов консенсуса PoW является их высокое энергопотребление. Поскольку майнеры конкурируют в решении математических задач, им требуется значительная вычислительная мощность, что приводит к существенному потреблению энергии. Это вызвало озабоченность по поводу воздействия криптовалют, основанных на PoW, на окружающую среду, что подтолкнуло к разработке альтернативных механизмов консенсуса с более низкими требованиями к энергии, о которых мы поговорим совсем скоро.

• Атака 51 %. Сети PoW потенциально уязвимы для особого типа атак, называемого «атакой 51 %». В этом сценарии, если организация или группа сговорившихся майнеров получит контроль над более чем 50 % вычислительной мощности сети, они потенциально смогут манипулировать блокчейном, дважды расходуя монеты, блокируя или даже переписывая историю транзакций. Однако стоимость и ресурсы, необходимые для осуществления подобной атаки, например, на сеть Биткоин, непомерно высоки, что делает их маловероятными.

Proof of Stake (PoS), или доказательство доли, – это альтернативный механизм консенсуса, который приобрел популярность благодаря своей энергоэффективности и более высокому уровню безопасности по сравнению с PoW. Блокчейны на основе PoS, такие как Ethereum 2.0, Cardano и Polkadot, полагаются на валидаторов, которые «оставляют в залог» свою криптовалюту для обеспечения безопасности сети и подтверждения транзакций. Используя иной подход к достижению консенсуса, PoS стремится решить некоторые проблемы, связанные с PoW, такие как высокое потребление энергии и потенциальные уязвимости.

• Процесс валидации. В блокчейн-сетях на основе PoS валидаторы выбираются для создания новых блоков и подтверждения транзакций на основе количества токенов, которыми они владеют и готовы внести в качестве залога. Делая ставку на свои токены, валидаторы демонстрируют свою приверженность безопасности и целостности сети. Процесс отбора валидаторов обычно основан на комбинации факторов, таких как размер их доли, продолжительность участия в сети и процесс рандомизации, чтобы обеспечить справедливое и децентрализованное создание блоков.

• Вознаграждения и штрафы. Обычно валидаторы в сетях PoS получают вознаграждение за проверку транзакций и создание новых блоков в виде вновь добытой криптовалюты и комиссии за транзакции. Однако в отличие от PoW, где майнеры получают вознаграждение за решение математических задач, в PoS величина вознаграждения для валидаторов зависит от размера их доли и их участия в обеспечении безопасности сети. Валидаторы могут быть наказаны, например, потерей части заложенных токенов, если их уличат в злонамеренных действиях или попытках манипулировать блокчейном.

• Энергоэффективность. Одним из основных преимуществ PoS перед PoW является его энергоэффективность. PoS не требует от валидаторов выполнения сложных математических вычислений, что значительно снижает потребление энергии. Это делает PoS не только более экологичным, но и позволяет большему числу участников обеспечивать безопасность сети, укрепляя децентрализацию системы.

• Безопасность и атака 51 %. Считается, что сети PoS более устойчивы к атакам 51 % по сравнению с сетями PoW. В системе PoS для манипулирования блокчейном злоумышленнику необходимо контролировать значительную часть токенов, оставленных в залог, что обычно сложнее и дороже, чем приобретение большинства вычислительных мощностей в сети PoW. Кроме того, поскольку злоумышленнику нужно владеть подавляющим количеством родной криптовалюты, он также заинтересован в сохранении безопасности и стоимости сети.

Другие механизмы консенсуса

Хотя Proof of Work и Proof of Stake являются наиболее известными механизмами консенсуса, существуют и другие подходы для решения уникальных задач и требований различных сетей блокчейн. Эти альтернативные механизмы консенсуса предлагают различные преимущества и компромиссы, в зависимости от их конкретного дизайна и реализации. Давайте кратко рассмотрим эти механизмы.

Делегированное доказательство доли (DPoS) – это разновидность модели PoS, в которой выбор валидаторов осуществляется через систему, аналогичную репрезентативной демократии. В DPoS держатели токенов голосуют за определенное количество делегатов, которые затем становятся ответственными за подтверждение транзакций и обеспечение работы сети. Такой подход направлен на повышение эффективности, масштабируемости и принятия решений в сети. Однако он также может привести к усилению централизации, поскольку делегаты могут накопить значительное влияние. Примерами проектов блокчейн, использующих DPoS, являются EOS и Lisk.

Proof of Authority, или доказательство полномочий, представляет собой механизм консенсуса, в котором ограниченное число заранее отобранных доверенных валидаторов отвечает за безопасность сети и подтверждение транзакций. PoA особенно эффективен для частных и разрешенных блокчейн-сетей, где поддержание высокого уровня контроля и доверия имеет решающее значение. Несмотря на повышенную эффективность, масштабируемость и пропускную способность транзакций, PoA жертвует децентрализацией, поскольку выбранные прежде валидаторы имеют значительный контроль над сетью. Примером блокчейн-проекта, использующего PoA, является блокчейн VeChainThor.

Византийская отказоустойчивость (BFT) – это механизм консенсуса, разработанный для решения классической проблемы, известной как «проблема византийских генералов». Она возникает в распределенных вычислениях, когда некоторые узлы системы могут быть неисправными или злонамеренными. Механизмы консенсуса на основе BFT сосредоточены на обеспечении достижения консенсуса в сети, даже при наличии неисправных или ненадежных узлов.

Варианты BFT включают практическую византийскую отказоустойчивость (Practical Byzantine Fault Tolerance, PBFT), федеративное византийское соглашение (Federated Byzantine Agreement, FBA) и делегированную византийскую отказоустойчивость (Delegated Byzantine Fault Tolerance, DBFT). Каждый из них предлагает свои подходы к достижению отказоустойчивого консенсуса. Примеры блокчейн-проектов, использующих механизмы консенсуса на основе BFT, включают Hyperledger Fabric (применяет PBFT), Stellar (использует FBA) и NEO (основан на DBFT).

Направленный ациклический граф (Directed Acyclic Graph, DAG) – это механизм консенсуса, который использует структуру графа вместо линейного блокчейна. В системе на основе DAG транзакции напрямую связаны друг с другом и подтверждаются последующими транзакциями, создавая структуру, напоминающую веб. Такой подход обеспечивает большую масштабируемость, поскольку транзакции могут обрабатываться параллельно, и не требует традиционного вознаграждения за блок или майнинг. Однако системы на основе DAG могут быть более запутанными и сложными в плане безопасности по сравнению с традиционными сетями блокчейн. Примерами проектов, использующих механизмы консенсуса на основе DAG, являются IOTA и Nano.

Подводя итог, можно сказать, что мир механизмов консенсуса выходит за рамки PoW и PoS и включает в себя множество альтернативных подходов, разработанных для решения конкретных задач и требований. Понимая эти различные механизмы консенсуса и их компромиссы, разработчики, предприятия и пользователи могут принимать обоснованные решения при выборе подходящей технологии для своих конкретных сценариев использования и целей.

Эволюция криптовалютных бирж

Централизованные биржи (Centralized Exchanges, CEX) сыграли важную роль в развитии и принятии криптовалют, предоставив пользователям платформу для торговли цифровыми активами. Централизованные биржи выступают в качестве посредников между покупателями и продавцами, позволяя им эффективно совершать безопасные сделки. Хотя биржи CEX обладают рядом преимуществ, они также не лишены недостатков, в первую очередь из-за своей централизованной природы. В этом разделе мы рассмотрим основные характеристики, преимущества и недостатки централизованных бирж.

Централизованные биржи предоставляют пользователям привычный и удобный интерфейс, похожий на традиционные фондовые биржи. Как правило, они поддерживают широкий спектр криптовалют и торговых пар, позволяя участникам торгов обменивать одни цифровые активы на другие и даже на фиатные валюты. Централизованные биржи получают доход за счет торговых комиссий, которые часто взимаются в виде процента от суммы сделки.

Централизованные биржи имеют ряд таких преимуществ, как:

• ликвидность – благодаря огромному числу пользователей и наличию большего количества торговых пар централизованные биржи способны обеспечивать быстрое исполнение ордеров по конкурентоспособным ценам;

• пользовательский опыт – централизованные биржи часто предоставляют более удобный опыт работы, с интуитивно понятными интерфейсами, передовыми торговыми инструментами и отзывчивой поддержкой, что делает их привлекательным вариантом как для новичков, так и для опытных трейдеров;

• ввод фиатных средств – позволяют покупать криптовалюты напрямую за местную валюту, что способствует более широкому внедрению и доступности цифровых активов;

• кастодиальные услуги – позволяют хранить средства пользователей от их имени, что может быть удобно для клиентов, которые не хотят управлять своими закрытыми ключами или разбираться со сложностями хранения криптовалюты.

А также недостатков:

• централизация – может создавать риски для пользователей, поскольку CEX уязвимы к взломам, мошенничеству со стороны инсайдеров или возможному отключению регуляторов. За последние годы на централизованных биржах произошло несколько громких краж, что привело к серьезным потерям для клиентов;

• контроль над средствами – когда пользователи размещают свои средства на централизованной бирже, они отказываются от контроля над своими закрытыми ключами и, следовательно, активами, что приводит к риску потери средств в случае взлома или неправильного управления биржей;

• соответствие нормативным требованиям – централизованные биржи часто подчиняются строгим нормативным требованиям, что сказывается на конфиденциальности пользователей и доступности определенных криптовалют или торговых пар. Чтобы соответствовать нормативным требованиям, CEX обычно применяют строгие процедуры проверки личности, которые могут отнимать много времени и быть инвазивными для пользователей.

Децентрализованные биржи (Decentralized Exchanges, DEX) представляют собой альтернативу централизованным биржам, предлагая пользователям более безопасный и прозрачный способ торговли криптовалютами. Используя технологию блокчейн и смарт-контракты, DEX устраняют необходимость в центральном органе, облегчая транзакции и позволяя пользователям сохранять контроль над своими средствами и торговать напрямую друг с другом. В этом разделе мы рассмотрим ключевые особенности децентрализованных бирж, а также их преимущества и недостатки.

Децентрализованные биржи работают по принципу peer-to-peer (p2p): пользователи заключают сделки напрямую друг с другом через смарт-контракты. Отсутствие посредников повышает эффективность и уменьшает затраты на торговлю. DEX не хранят средства пользователей и не управляют их закрытыми ключами. Это означает, что пользователи имеют полный контроль над своими активами. Децентрализованные биржи обычно поддерживают широкий спектр криптовалют и токенов, особенно тех, которые построены на одной блокчейн-платформе, например Ethereum. Это позволяет пользователям торговать разнообразными активами без необходимости перехода между биржами.

Преимущества децентрализованных бирж:

• безопасность – поскольку пользователи сохраняют контроль над своими закрытыми ключами и средствами, риск потери средств из-за взлома биржи или неправильного управления сводится к нулю;

• конфиденциальность – пользователям обычно не требуется предоставлять свои персональные данные и проходить сложные процессы проверки личности, что обеспечивает более высокий уровень конфиденциальности и анонимности по сравнению с централизованными биржами;

• децентрализация – не зависят от центрального органа или регулятора, так как у них нет центральной точки контроля или отказа. Это означает, что пользователи имеют большую свободу и независимость в проведении торговых операций;

• открытость – децентрализованные биржи, как правило, более доступны и инклюзивны, поскольку они позволяют любому желающему размещать токены и торговать ими без необходимости получения разрешения от центрального органа.

Стоит отметить и недостатки децентрализованных бирж:

• ликвидность – из-за меньшего числа пользователей и поддержки ограниченного количества торговых пар на децентрализованных биржах более высокая волатильность и медленное время исполнения ордеров;

• пользовательский опыт – для новичков DEX могут показаться довольно сложными в использовании из-за требования знаний основ технологии блокчейн, управления кошельками и смарт-контрактов. Кроме того, по сравнению с CEX на биржах DEX могут отсутствовать передовые торговые инструменты и привычная многим поддержка клиентов;

• интероперабельность – большинство децентрализованных бирж ограничены торговлей токенами, созданными на одной платформе блокчейна, что затрудняет торговлю межсетевыми активами. Однако для решения этой проблемы разрабатываются новые решения и технологии, такие как межсетевые мосты и атомарные свопы.

По мере расширения криптовалютной экосистемы появились разнообразные типы бирж, которые удовлетворяют различным потребностям трейдеров. Одним из ключевых различий между криптовалютными биржами является то, поддерживают ли они операции обмена между фиатными деньгами и криптовалютой (Fiat-to-Crypto) или только между криптовалютами (Crypto-to-Crypto). В данном разделе мы рассмотрим основные характеристики, преимущества и ограничения бирж, поддерживающих как обмен фиата на криптовалюту, так и криптовалюты на криптовалюту.

Фиатные криптобиржи, такие как Coinbase, Kraken и Bitstamp, позволяют пользователям покупать и продавать криптовалюты с помощью фиатных денег. Эти биржи выступают в качестве моста между традиционной финансовой системой и миром криптовалют, давая возможность людям входить и выходить на рынок, используя свою национальную валюту (доллары, евро, иены и т. д.).

Преимущества бирж Fiat-to-Crypto:

• доступность – возможность свободно обменивать обыкновенные деньги на цифровые активы предоставляет пользователям простой и удобный способ выхода на криптовалютный рынок, что способствует более широкому распространению криптовалют;

• разнообразие торговых пар – позволяют торговать различными криптовалютами за местную фиатную валюту, благодаря чему люди могут создавать разнообразные и индивидуальные портфели, соответствующие их инвестиционным предпочтениям.

Недостатки бирж Fiat-to-Crypto:

• соответствие нормативным требованиям – данные биржи обычно подчиняются строгим нормативным требованиям, что может повлиять на конфиденциальность пользователей и ограничить доступность определенных криптовалют или торговых пар. Чтобы соответствовать нормативным требованиям, эти биржи часто применяют строгие процедуры проверки личности, которые могут отнимать много времени и быть инвазивными для пользователей;

• комиссии – подобные биржи часто взимают более высокие комиссии за ввод, вывод и конвертацию фиатных средств по сравнению с транзакциями криптовалют. Со временем эти комиссии могут увеличиваться, особенно для активных трейдеров.

Биржи криптовалют, например Binance, Poloniex и KuCoin, специализируются на торговле исключительно криптовалютами. Эти платформы не поддерживают операции с фиатными деньгами и требуют, чтобы пользователи уже обладали криптовалютами для торговли на них.