PoS: проблемы и перспективы. Часть Вторая: Атаки
Одна из основных задач статьи — детализировать первый материал как на конкретных примерах, так и теоретически синтезированных векторах атак.
Другая задача: доказательство простого неравенства Прибыль(Атака) >> Затраты(Атака) того факта, что современное семейство PoS построено на предпосылке работы в 1) доверенной среде, где 2) стоимость взлома всегда меньше, чем прибыль от взлома, тогда как Web 3.0 вообще не является доверенной средой, и взлом может иметь деструктивное начало.
Что уже написано по теме
На Bits.media есть сразу несколько материалов по теме, так что — вот список. Я старался не повторять тезисы, сформулированные ранее:
Из важных описаний на английском я отметил следующее:
В частности, в данной работе не рассматриваются следующие атаки:
Но «не рассматривается» означает, что я не обращаю на них особого внимания. Но я вовсе не говорю: все атаки в любой системе связаны и нельзя игнорировать ни один вектор.
Еще лучше знать следующие вещи:
Не то что не поймать ничего, не естественно естественно значатных тезисов, но все овыдовы покажутся описательными: что, впрочем, не мешает общению восприятию.
Пояснение
Чем вступление отличается от вступления? Потому что процесс внедрения более динамичный и длительный. Собственно, для этого и писалась первая часть. И передо мной встал вопрос: «а не неживани ли теперь, когда все транного, дописывать вторую часть?». «Что именно понятно?» — требовательный пытливый и опытный читатель? Что ж, отвечу конкретным тезисами.
PoS. Краткая история ошибок за десять лет
Цензура блоков, централизация валидаторов, обманутые ожидания поклонников TPS — это и многое другое понятно в эпоху ETH2 и очередного краха Соланы, в период криптозимы 2022 года, когда заинтересованные стороны обновленной Эфириум не знает, когда сможет получить средства, а такие участники Соланы ждут выхода, понимая невообразимые убытки.
Но все это экономический эффект от немелого управления или же архитектурная проблема? Попробуем разобраться.
Если вспомнить, что задолго до ETH2 были: Peercoin, Nxt, BlackCoin, Novacoin, то станут очевидными следующие факты:
Если для вас в таких выводах нет ничего очевидного — продолжайте читать дальше. Если есть – продайте в разделе «Синтетические PoS-атаки».
Все перечисленные в предыдущем пункте PoS-системы, а также родительская DPoS — Bitshares (Graphene) родились в период с 2012 по 2015 год. И уже тогда была опубликована знаменитая статья «Криптовалютность без доказательства работы», 16 увесистых страниц на одном из самых компактных международных языков. Вот что и как об этом говорить, было для любого исследователя с самого начала. И да, это не просто текст: это обобщение через формулы и родовые понятия, так что даже простая детализация увеличит объем в 10 раз. Запомним это и пока — идем дальше.
Отмечу только, что в третьей части я представлю вашему вниманию ряд выводов из тестов, которые я проводил, изучая исследования тех лет (2012-2015/2016).
По сути, вся история PoS до сегодняшнего дня — попытка либо ускорить систему, либо дойти до нужных цифр в доработке, но при этом ни DPoS, ни LPoS, ни PoS2, ни какой-либо другой PoS не решает проблему главное еще:
«Большинство проблем с протоколами PoS возникают из-за того, что протокол не знает ничего, кроме соответствующего блокчейна. В системах доказательства работы присутствует внешний фактор, а именно объем вычислительной работы, необходимой для нахождения решения. В источниках с бесплатностью доли отсутствия факторов, фиксирующих блочейн в физике мира; поэтому интуитивно очевидно, что координация на основе PoS допускает больше типов атак».
Почему? Да потому что архитектура для этого не предназначена: есть робкие попытки синтеза: типа PoH+PoS, PoW+PoS и так далее. Но, как мы убедились ранее и подтверждаем опасения ниже, обычно это работает еще хуже.
Отчего же? Потому что если скрестить лошадь и машину, то красивое, удобное и надежное получится только в мультике, а не в реальной жизни.
Тогда возникает самый главный вопрос: «Почему до сих пор так мало атак на семейство PoS?» Ответ очевиден и я уже не раз говорил: пока они не были массовыми (по LTV, количеству HODL-владельцев и т.д.) – не были интересны.
Синтетические PoS-атаки
Если коротко, то:
Первый тип атаки касается всего семейства PoS, второй — подсемейств, а последний — только отдельных блокчейнов (не обязательно даже связанных).
Стратегические атаки
Прежде всего необходимо принять во внимание два тезиса.
Во-первых, цель алгоритма консенсуса в целом состоит в том, чтобы обеспечить безопасное обновление состояния в соответствии с некоторыми конкретными правилами перехода состояния, где право на осуществление переходов состояния распределяется между некоторыми экономическими группами.
Во-вторых, экономическое множество — множество пользователей, которым можно дать право коллективно выполнять переходы по некоторому алгоритму. И важным свойством, которым должен обладать экономический набор, используемый для консенсуса, является то, что он обязан быть безопасно децентрализованным. А это, в свою очередь, означает, что ни один субъект или сговор множества субъектов не может занимать большинство в этом множестве, даже если этот субъект (субъекты) обладает достаточно большими капитальными и финансовыми стимулами.
Зная это – попробуем райшить пектрым пектры десяциируемых радией откат.
Первичное деструктивное распределение
Если вы когда-либо пытались классифицировать и как-то иным образом подготавливать атаки в рамках DRS (децентрализованных и/или распределенных систем), вы, вероятно, заметили, что многие атаки являются превентивными:
В этом смысле семейство PoS не является исключением: если вы хотите атаковать конкурента, все, что вам нужно сделать, это получить необходимое большинство голосов/монет/и т.д.
Если покажется, что это долго, скучно и никому не нужно, то скажу, что в 2018-2022 годах именно так и было сделано с такими системами, как Solana, Ethereum 2.0 и многими другими, где валидаторами/делегатами/прочими супернодами становились или ранними инвесторами , или крупные CEX, или кто-то еще из мира Web 2.0.
Отсюда первое очевидное последствие, о котором говорили: цензура, выросшая в геометрической прогрессии за четверть:
Но это еще не атака, хотя как видите: атаки начнутся в тот момент, когда системы, пораженные вирусом начальной централизации (ВНЦ), начнут действовать в точности как компьютерные вирусы: деструктивно, то есть полностью уничтожая, дискредитируя система.
Попробуйте взять простой пример: вы вложили, скажем, $1 000 000 на начальном этапе, получили 10% токенов, а вместе с партнерами по коалиции на $3,3 млн у вас есть, скажем, 25% от общей эмиссии. При этом, с учетом вестинга и клифф-периодов, ваша относительная доля в какой-то момент будет близка к 50% и более (от активированной ликвидности). Нико не мешает купать еще. Отсюда: легко поднять систему в массовый сегмент, скажем, за три-четыре года, когда еще не все разлочки прошли, и привести ее к полному нулю, дискредитировав разработчиков и команду ядра в целом.
Не берите, что такое может быть? Потом еще раз внимательно присмотритесь к Солане: да, там сценарий другой, но кто мешает довести его до описанного выше логического завершения? Правда, никто.
Почему происходит эта синтетическая атака? Из логической посылки, что изначально неверно. Я цитирую:
«Безопасность криптовалюты с чистым Proof of Stake ухудшается, когда в атаке хочет выступить достаточное количество заинтересованных сторон. Если большинство участников хотят участвовать в атаках на чистую систему Proof of Stake, можно утверждать, что интерес к этой системе уже не достаточен для продолжения существования, поэтому предположение о том, что большинство участников не будут участвовать в атаке (открытая) атака разумна».
Но это только одна из возможностей.
Примитив: приход CBDC – дискредитация PoS-блокчейн-решений.
Для лучшего понимания (скорее — понимания) проблемы задайте себе простой вопрос: «Есть ли в какое-то время те, кто заинтересован в падении стоимости замороженных и других активов любого произвольного блокчейна?» И коротким ответом, как ни странно, будет «Да». Более длинная версия может включать в себя следующих актеров:
Отсюда возникает простой вопрос: «Почему архитекторы и инженеры блокчейн-систем так упорно игнорируют эти целевые группы?»
Ответ прост и очевиден: PoS был слишком прибыльной историей венчурного капитала в 2018-2021 годах, чтобы отказываться от него из-за ряда теоретических противоречий. Да, возможно, некоторые из них даже не решаемы, но зато понятно, куда и как идти. Это похоже на добычу нефти: каждое десятилетие кто-то утверждает, что она неэкологична, ограничена в запасах и т д., но каждое десятилетие никто толком не ищет комплексного решения, где энергия была бы основана на другом топливе, а также синтетическая одежда и масса полезных вещей из нашей повседневной жизни.
Отсюда мы получаем еще один важный вывод: «Адепты PoS будут утверждать, что, поскольку эти стимулы равны или превосходят стимулы системы PoW (что верно), эта система так же надежна или даже превосходит систему PoW (что ложь)». Хотя действительно очевидно, что ASIC/GPU могут сильно потерять в цене фиата (по моему опыту скажу: в 10 раз — запросто), но вот потеря в относительном параметре Hasrate/Profit без создания нового поколения и подключения это поэтапно, с автоматической регулировкой активностию, кременно превращается высота, к слову (вкупе с отличной инженерной проработанностью), такая живучесть S9 в регионах мира с дешевым и станбильным электричеством.
В этом главный секрет дивергенции: PoS не создают алгоритмически предсказуемой модели зависимости от внешней среды, за исключением цены фиата, которая является нестабильным параметром на рынке криптоактивов. И, если паняли тезис, то уловите суть: ровно двойное равенство (LUNA => UST: UST => USD) и приветствуйте к краху в частном внешнем крупкого баланса. Просто пока это был зубоэкономические такаке, но не не не не не мечает програвить их на уровне-два ниже.
По сути, это синтезированная атака «ничего не поставлено на карту», включающая в себя также допустимость создания доверенной среды за счет картельного сговора и/или иного подобного пути. Если не верите, что такое возможно, то посмотрите на ипотечные аукционы времен распада СССР: покупка акций с множества рабочих аукционов и их последующая конвертация — это полностью самодельная схема. Именно это и происходит сегодня на уровне суперузлов в топ-10 PoS-блокчейнов. Это произошло.
Я вам больше скажу: есть условно универсальный эмпирический закон, сформулированный когда-то А. Эйнштейн вот так:
«Невозможно решить проблему на том же уровне, на котором она возникла. Нужно стоять выше этой проблемы, поднимаясь на новый уровень».
Единственное, что упустил школьник: по уровням можно не только подниматься, но и падать вниз. В положительную сторону этот тезис наследуется сейчас при масштабировании L1 через L2 или L0, а вот в отрицательную — именно во всей плеяде плохо выполненных атак мы пытаемся разобраться.
Итак, получается, что такая атака возможна, потому что:
Поскольку я могу доверять, давайте просто пройдемся по ссылкам, которые существуют сегодня в семействе PoS:
Таким образом, формула выглядит следующим образом: Q(i) -> ∞, Sec(PoS) -> 0, где Q(i) — количество взаимодействий с внешней средой, а Sec(PoS) — безопасность PoS-системы.
И все это можно при одном простом допушнии (также известном как объяснение): PoS в узком смысле не является механизмом консенсуса. В ослаблении – да, но в шикором его толком никто не исследует.
Отсюда следует вывод: эта атака берет все слабые стороны псевдоконсенсусного PoS и умножает их на векторы других атак, таких как:
Получаем: t = 0 или t -> 0, где t — локальное время блокчейна PoS. Нечто подобное связано со стандартным DDoS и одновременной атакой на закрытый ими сервер.
При этом связка п. 2 и с. 3 возникает по тем же причинам, что и атака 51% PoW: либо это децентрализованная система, либо не децентрализованная система. Речь идет о блокчейнах уровня DRS, DAG, а не p2p в целом: старые системы не умеют децентрализованно передавать стоимость, поэтому эти атаки интересны только для академических и других исследовательских целей.
По этой причине в статье об Ouroboros Genesis авторы еще в 2018 году пришли к выводу, что «ни одна из существующих на данный момент PoS-систем не может реализовать полную функциональность распределенного реестра так же, как Биткойн в аналогичных условиях».
Как вы уже знаете, есть и другие проблемные места. Попробуем описать и их.
Финализация от ранних последователей
Помните, может быть, что в каждой эволюции есть: новаторы, ранние последователи, раннее большинство, позднее большинство, отстающие? Почему это здесь?
Во-первых, тому, кто всегда приходит позже других. И у него просмотров: «А какой правильный?» Или так: «Какое время действия верное?» Или еще: «Какому форку верить?» Теперь даже не будем брать шардинг, а возьмем стандартный PoS-блокчейн с одной цепочкой.
На помощь произведут как раз начатие финализации.
Давайте, скажем, возьмем Солана (да, скоро будут и другие примеры, а пока – печать отбететь): пусть есть N-валидатор, который в X-момент голосует за какое-то форк в системе. Как известно, голосование в этом случае ограничивается слотом, то есть неким фиксированным периодом, длительность (я бы даже сказал, длительность времени) изначально равна 400 мс.
Доставка поставка программы: фактически каждые 400 мс от точки отправления рождается точка перезапуска. Похоже на колебания внутри континуума? Как по мне – да. Поэтому при любом другом голосовании, отличном от первого, происходит удвоение временного интервала, прежде чем сеть сможет заблокировать это голосование.
Далее: блок с многочисленными голосами имеет большие шансы страны действительной прации заданной сети (Solana). В Интернете гулейт вот такой пример: «Каждый валидатор проголосовал 32 раза за состение 12 секунд. У состоявшегося 12 секунд назад голосовой таймаут в слоте 2³² — примерно 54 года». Это общее описание, но его достаточно, чтобы понять суть.
Убеждены бы, отлично: защитный механизм найден!
Проблема в том, что гладко это только на бумаге: вспомните, скажем, слот 53 180 900 или любой другой, где Солана закрывалась на ужин. Как быть при возобновлении работы сети? Очевидный ответ — достичь консенсуса между валидаторами вручную: так сегодня делают BSC, Solana и другие. Это только ничего не решает из возникающих проблем
Каких? Представьте, что вы используете оракул, основанный на одних данных. И вот одна из сетей – то есть время ее в комко-то теморальном злот самом оракуле будет равно нулю. Как быть после перезапуска? Оракул местного времени и время будут отличаться. Одно из решений — обратиться к оракулам PoW (и да, это может быть даже сеть Биткойн). На уровне собственного консенсуса PoS решить это не может: когда-то это называлось «атакой издалека», но правильнее называть подобную атаку «атакой в момент стороннего наблюдателя». И вы не поверите, какое колоссальное количество подобных манипуляций нас ждет в 2023-2025 годах. Почему не дальше? Возможно и дальше, но этот период, как и предыдущие 2018-2022 годы, точно подвержен аналогичным воздействиям. И да, если сюда добавить атаку белого слона, то с большей вероятностью можно ожидать достижения положительных результатов для атакующего и, соответственно, отрицательных результатов для системы.
Для того, чтобы вы уловили, что атака низкого уровня, а значит крайне опасна, цитирую Виталика Бутерина: «К счастью, для них решение простое: при первой регистрации и каждый раз, когда они остаются в сети на очень долгое время, им достаточно получить последний хэш-блок у друга, исследователя блокчейна или просто поставщика программного обеспечения и вставить его в ваш блокчейн-клиент в качестве «контрольной точки». После этого они смогут безопасно обновить свое представление о текущем состоянии». Вы понимаете? Вы начинаете работать в строго недоверенной среде через доверенное лицо, а это банальная MITM-атака: и если для человека это может быть не критично, то для скриптов, IoT-устройств, нейросетей и прочих акторов — тем более.
Собственно, сам Виталик это косвенно подтвердил:
«Консенсус — это социальный процесс, и люди довольно хорошо достигают консенсуса самостоятельно, без какой-либо помощи алгоритмов».
А без новых актеров Web 3.0 мало кому нужен — открою вам вот такой секрет Полишинеля.
Возможности реализовать еще одно занятие: с децентрализацией буду большие проблемы. Архитектура позволяет использовать несколько валидаторов на одном узле, что в итоге приведет к сокращению количества узлов, что может негативно сказаться на связности сети — во времена PoW акторы были заинтересованы в максимально быстром соединении, а теперь не быть таким важным.
Проще говоря: делая ставку на доработку как инструмент защиты, мы упускаем из виду сразу четыре очевидных тезиса:
Последний вопрос в связи с материалом Бутерина и развитием гетерогенных блокчейнов (Polkadot, Avalanche, Cosmos), а особенно — в связи с возможными соединениями DAG+блокчейн вызывает наибольшие сомнения в положительном подходе.
Отсюда: если взять любой эмпирический показатель для любого уровня сетей, начиная с числа Данбара и заканчивая законом Меткалфа, то получим, что с увеличением элементов системы взаимодействие между ними усложняется. Проще говоря, если взять два описанных отрицательных эффекта (напомню – синтезированных от основных атак), то мы сразу получим на входе коэффициент 2х: и это без учета «общеблокчеиновых атак», типа сивилл- как нападения и другие.
Здесь необходимо и почти мгновенно появляется еще один неучтенный элемент.
TPS – плата за смерть
Посмотрите на Near, Solana, Tron, Cardano или даже Bitshares, которые родились одновременно с творением Виталика, а Ethereum можно увидеть и у других пиратов: многие из них начинались с истории о том, как они достигли 1000, 10000, 100 000, 1 000 000 операций в секунду. Но в итоге каждый раз заканчивалось одинаково.
И дело даже не в том, что скоростные системы нужны в очень ограниченном количестве областей, таких как высокочастотный трейдинг, о котором я уже не раз говорил, а в том, что все это влияет на один параметр, который можно было бы учитывать в PoW и PoC даже алгоритмы PoI, но не в PoS: хранилище SSD и оперативная память.
Обнаружены бы: чик тут это?
Взять тот же Ethereum 2.0: более 50% узлов, и это уже не узлы PoW, расположены на AWS — на центральном ресурсе. При цензуре 62%-65% этот показатель дает достаточно высокий показатель запутанности и зависимости от однократных исходных решений.
Мы предполагаем, что и это будет преодолено на уровне «общественного консенсуса».
Но даже при этом возникает очевидная проблема: чем выше показатель TPS, тем больше места требуется для архивных данных. А полные узлы без архивных данных не имеют смысла. А приход – без полных нод. И есть целая серия мало различимых, пока, связей, которые в итоге можно посчитать по простой формуле: St(bl.dg)*k = С, где St – хранилище (хранилище) блокчейна (bl.) и/или дневная система (dg) , k – коэффициент прироста, а С – связность (связность), которая в свою очередь может быть рассчитана следующим образом: C = Q(n)*1/c, где Q(n) – количество узлов условного хранения, а с – уровень централизации (связанности) этих нод между сообщениями. Допустимо, например:
● у нас есть 10 000 нод;
● из которых 1000 принадлежат 1 актеру;
● отсюда 10 000 * 1000 = 10 000 000.
Это означает, что для достижения нормальной децентрализации потребуется экспоненциальный рост однотипных узлов до 10 млн. Конечно, это очень упрощенный расчет, но суть отражена верно.
При этом можно посчитать дальше: пусть узел хранит 100 Гб, тогда 100*k = 10 000 000, а значит, k= 100 000, значит, для связности (С) в 10М и при среднем размере хранилища 100 Гб, необходим повышающий коэффициент в пределах 100 000, что ханил рамещается с кожных покровов практикой.
Но теперь пойдем дальше: сколько стоит содержимое ноды со 100 Gb постоянной памяти (SSD или даже HDD старого образца) и нормальным показателем оперативной памяти?
Путь $100-$200: хотя можно убедиться на примере Эфиры, что не будет 100 Гб, а терабайты и показатели ОЗУ будут 16-32 Гб спокойно, так что посчитаем 100 000 * 200 $ = 20 000 000 $ — вот первоначальные вложения добиться указанной прибавки на 1 шаг.
Естественно, таких показателей никто не достигнет. Но вот проблема: как иначе будет рассчитываться стоимость хранения данных, которые, как никакие другие, требуют децентрализации?
В другой раз: доработка дает нам уверенность при достижении ⅔ и взятии нужного блока в нужную эпоху (или аналогичный механизм); Социальный консенсус решает вопросы в момент полной остановки (Local(time)=0), но что, если спор необходимо разрешить в период, когда данные закрыты из-за отсутствия полных узлов в периоде?
Думаете, таких споров будет мало, когда весь мир перейдет на суррогатный блокчейн — DLT? Все эти регистры недвижимости, установленных границ; Аренда автомобиля и все остальное будет основываться на этом, а расчеты будут вестись исключительно в CDBC. Я уверен в обратном: споров будет предостаточно.
И по сути, все, что необходимо для проведения подобной атаки, — это использовать механизм отсутствия расчета стоимости конечного хранилища, который был в PoW&PoC, но отсутствует в PoS.
Отсюда и все проблемы с экологией и тому подобные, описанные в первой части.
Конечно, они могут сохранять низкоуровневые хранилища, такие как Swarm и IPFS, или надстройки, такие как Filecoin, Sia, Storj и т д., а также алгоритмы пересборки, такие как у Chia. Но это уже подключение, если не кроссчейн, то кросссервис, и его еще никто не делал, и консенсусы опять будут разные, а как PoS влияет на кроссчейн и подобные взаимодействия — описано чуть выше: крайне отрицательно.
Вот почему здесь рождается еще одна связь: дешевые транзакции. Дешёвые и быстрые транзакции — склад для СПАМА, который, как известно, более 80% или ещё пример) иногда в трафике. Поэтому злоумышленнику нужно сделать не так много действий:
Попробуйте взять формулу сложности: сложность = сложность_1_цель/текущая_цель и применить ее к увеличению хранилища и все встанет само собой.
Для небольших решений это может быть фатальным. А теперь представьте, что эта система обслуживает энергетику региона? Настоящий улучшенный ИИ? Космические спутники?
Мне кажется, проблема кроется в этом существенном: мы не верим, что полностью оцифрованное будущее наступило. Мы просто масштабируем его на некоторое время.
Думайте об этом до следующей статьи, где я расскажу о перспективах PoS более подробно, через цифры и сводные графики, и
Делать!
Партнерские ссылки для регистрации на биржах
При регистрации по ссылкам вы получаете максимальный кэшбэк по торговым комиссиям, а также бонусы и подарки от бирж.
