Систематизация знаний по используемой криптографии в блокчейне. Проблемы в блокчейне. Проблемы масштабируемости.

Недавно (20 июня 2019 года) на Cryptology ePrint Archive была опубликована статья "SoK of Used Cryptography in Blockchain". Данный пост - одиннадцатый в запланированной серии, содержащей любительский перевод этой статьи.

 

Систематизация знаний по используемой криптографии в блокчейне

(перевод с английского

статьи

Mayank Raikwar, Danilo Gligoroski and Katina Kralevska

SoK of Used Cryptography in Blockchain

Cryptology ePrint Archive, Report 2019/735

https://eprint.iacr.org/2019/735)

 

Аннотация

(перевод аннотации здесь)

1 Введение (перевод введения здесь)

1.1 Наш вклад (перевод здесь)

2 Методология исследования (перевод здесь)

3 Основные понятия блокчейна

3.1 Криптографическая хэш-функция (перевод здесь)

3.2 Механизмы консенсуса (перевод здесь)

3.3 Сетевая инфраструктура (перевод здесь)

 

3.4 Типы блокчейна (перевод здесь)

 

4 Проблемы в блокчейн

 

4.1 Безопасность и приватность (перевод здесь)

 

4.2 Проблемы масштабируемости

 

Размер блокчейна постоянно растет,и масштабируемость становится большой проблемой в области блокчейна. Масштабируемость зависит от базового консенсуса, сетевой синхронизации и архитектуры. Чтобы масштабировать блокчейн, вычислительная мощность и пропускная способность должны быть высокими для каждого узла в блокчейне, что практически невозможно. Большинство текущих блокчейнов предоставляют ограниченную масштабируемость.

Одно из предложений, как решить проблемы масштабируемости блокчейн-реестра, называется так: "SPV, Simplified Payment Verification" [67]. Оно проверяет, являются ли определенные транзакции допустимыми, но без загрузки всего реестра. Этот метод используется некоторыми кошельками и легковесными биткоин-клиентами, и его безопасность впервые была проанализирована в [68]. Другим предложением для достижения высокой масштабируемости является использование кодов стирания (erasure codes) в блокчейне путем кодирования проверенных блоков в небольшое число кодированных блоков. Недавняя работа [69] предлагает использовать фонтанные коды (fountain codes) (класс кодов стирания) для снижения стоимости хранения блокчейна на порядок и, следовательно, достижения высокой масштабируемости. Применение других типов кодов стирания для распределенного хранения, таких как регенерирующие коды (regenerating codes) [70], [71], локально ремонтируемые коды (locally repairable codes) [72], [73] или комбинация обоих типов кодов [74], [75], может еще больше снизить затраты на хранение и связь.

Другой проблемой, связанной с масштабируемостью, является проблема совместимости. А именно, это факт, что количество различных публичных реестров быстро растет. В то время как в платформах обмена криптовалютами была реализована своего рода рудиментарная совместимость [76], риски и незащищенность с этими платформами огромны и хорошо документированы [77].

Исследовательская проблема 3. Построить новый блокчейн-механизм, который периодически сокращает свой распределенный реестр (уменьшает его размер), производя новый, но эквивалентный реестр, при этом доказуемо сохраняя правильное состояние всех активов, являющихся предметом транзакций реестра.

Исследовательская проблема 4. Построить безопасные протоколы для блокчейн совместимости.

Недавняя ссылка [78] активно поддерживает нашу исследовательскую проблему 3, поскольку она признает, что блокчейн Ethereum почти заполнен сейчас, и поэтому масштабируемость является большим узким местом.