Если глобальная отключение интернета продлится один день, как биткойн сможет избежать кризиса из-за сбоя интернета?

Написано: Liam ‘Akiba’ Wright

Перевод: Chopper, Foresight News

Представьте себе, что глобальная интернет-инфраструктура за один день разрушится.

Будь то человеческая ошибка, катастрофическая уязвимость программного обеспечения, вредоносные компьютерные вирусы или прямое военное столкновение — что произойдет с биткоином, если физические узлы интернета, соединяющие мир, внезапно погрузятся в темноту?

Если одновременно отключатся Франкфурт, Лондон, Вирджиния, Сингапур и Марсей, сеть биткоина расколется на три независимых раздела.

Связь через Атлантику, Средиземное море и основные транстихоокеанские маршруты прекратится, Америка, Европа и Африка, Ближний Восток и Азия сформируют отдельные цепочки транзакций до восстановления соединения.

В каждом разделе майнеры продолжат производить блоки в соответствии с оставшейся вычислительной мощностью.

При цели блока каждые 10 минут, регионы с 45% хэшрейта будут производить около 2,7 блоков в час, с 35% — примерно 2,1, с 20% — около 1,2. Поскольку узлы не смогут обмениваться заголовками блоков или транзакциями между разделами, каждый регион будет независимо развивать свою цепочку, не зная о других.

Со временем и при изменении распределения мощности длина ветвления будет расти.

Этот процесс разделения приводит к неизбежному расколу цепи. Мы моделируем распределение хэшрейта примерно так: Америка — 45%, Азия — 35%, Европа и Африка — 20%, основываясь на этих данных.

Разделение каждые два часа добавит в каждую цепочку около 6, 4-5 и 2-3 блоков соответственно.

Через сутки количество разветвленных цепочек превысит сотню, что выходит за рамки обычных процедур реорганизации, и сервисы начнут считать подтверждения в регионах временными.

Потенциальная глубина повторной сборки разделенных цепочек будет линейно расти с временем изоляции.

Локальные мемпулы сразу же разделятся. Транзакции, транслируемые из Нью-Йорка, не достигнут Сингапура, поэтому получатели вне раздела не увидят эти транзакции до восстановления сети.

Внутри каждого раздела рынок комиссий будет локализован. Пользователи конкурируют за ограниченное пространство в блоках с учетом местной хэшрейтовой доли, поэтому в регионах с меньшей долей, но высоким спросом, комиссии будут расти быстрее.

Когда подтверждение транзакций потеряет глобальную окончательность, биржи, платежные провайдеры и хранилища обычно приостанавливают вывод средств и ончейн-расчеты; участники сети Lightning столкнутся с неопределенностью — транзакции, подтвержденные в меньшинстве разделов, могут стать недействительными.

Автоматическая координация после восстановления сети

Когда соединение восстановится, узлы запустят автоматический процесс согласования: каждый сравнит цепочки и выберет ту, у которой накапливается наибольшая рабочая нагрузка.

Основные издержки связаны с тремя аспектами:

Реорганизация приведет к недействительности блоков в меньшинстве разделов, глубина которой зависит от времени изоляции;

Необходимо повторно транслировать и приоритезировать транзакции, подтвержденные только на неудачной цепочке;

Биржи и хранилища должны выполнить дополнительные операционные проверки перед восстановлением сервиса.

За 24 часа разделения сети после восстановления соединения могут оказаться изолированными десятки или сотни меньшинств цепочек. Также потребуется несколько часов для восстановления мемпулов, пересчета балансов и возобновления функций вывода.

Поскольку каналы фиатных валют, проверки соответствия и управление каналами требуют ручной проверки, полная нормализация экономики обычно задерживается относительно протокольных процессов.

Моделирование изоляции через «долю достижимой хэшрейта», а не через количество узлов, помогает лучше понять динамику:

При изоляции 30% хэшрейта, меньшинственные цепочки будут производить около 1,8 блока в час. Это означает, что стандартное подтверждение из 6 блоков в такой цепочке станет уязвимым примерно через 3 часа 20 минут — если оставшиеся 70% сети построят более длинную цепочку, эти 6 блоков могут оказаться изолированными.

При сценарию разделения около 50/50, суммарная рабочая нагрузка двух цепочек будет примерно равна, и даже кратковременное разделение вызовет конкуренцию за подтвержденные транзакции, а результат повторного соединения будет случайным.

В сценарии 80/20 большинство, скорее всего, выиграет; меньшинственная цепочка за день произведет около 29 блоков, которые при объединении могут оказаться изолированными, что приведет к отмене многих подтвержденных транзакций.

Риск реорганизации — это произведение времени и доли хэшрейта меньшинственной цепочки. Самый опасный сценарий — длительная изоляция при почти равных хэшрейтах.

Роль существующих инструментов устойчивости

На сегодняшний день существуют различные инструменты повышения устойчивости сети, которые влияют на реальные последствия разъединения:

Спутниковые каналы, радиорелейные системы высокой частоты, сети с задержками, мэш-сети и мосты Tor позволяют передавать заголовки блоков или упрощенные транзакции через поврежденные маршруты.

Эти пути имеют узкую пропускную способность и высокую задержку, но даже периодическая передача данных между разделами помогает снизить глубину ветвления.

Разнообразие узлов в майнинг-пулах и их географическое распределение повышают вероятность распространения данных через боковые каналы, что помогает ограничить глубину и продолжительность реорганизации при восстановлении основной сети.

Что касается операционных правил участников рынка во время разделения:

Приостановить межразделочные расчеты, считать все подтверждения временными, оптимизировать оценку комиссий при росте локальных ставок;

Биржи могут перейти на режим обеспечения резервов, увеличивая порог подтверждений, и публиковать ясные политики — например, устанавливать число подтверждений в зависимости от времени изоляции;

Кошельки должны четко информировать пользователей о рисках окончательности региона, отключать автоматическое балансирование каналов и ставить в очередь срочные транзакции для повторной трансляции после восстановления сети;

Майнеры должны поддерживать разнообразие входных соединений и избегать ручного вмешательства в стандартные правила выбора «самой длинной цепи» во время координации.

С точки зрения дизайна, протокол способен к восстановлению — после повторного соединения узлы автоматически сойдутся к цепочке с наибольшей суммарной рабочей нагрузкой.

Однако пользовательский опыт во время разделения значительно ухудшается, поскольку окончательность в экономическом смысле зависит от распространения данных по всему миру.

В худшем сценарии, при разъединении на сутки, наиболее вероятные последствия — временный сбой межгосударственной доступности, резкий и неравномерный рост комиссий, глубокий реорганизационный срыв подтверждений.

После восстановления сеть программно восстановит учетные записи, а сервисы после проверки работы возобновят все функции.

Последний этап — при совпадении балансов и истории транзакций на победившей цепочке — возобновление вывода средств и каналов Lightning.

Что если разделение станет вечным?

Если указанные узлы инфраструктуры навсегда перестанут работать, что произойдет? В этом антиутопическом сценарии исчезнет привычный нам биткоин.

На смену придут постоянные географические разделения, подобные независимым сетям биткоина: с одинаковыми правилами, но без возможности взаимодействия.

Каждый раздел продолжит майнить, регулировать сложность по своему усмотрению и развивать собственную экономику, ордербуки и рынки комиссий. Без восстановления соединения или искусственного выбора единственной цепочки не будет механизма согласования транзакций разных разделов.

Консенсус и регулировка сложности

Перед первой адаптацией сложности по 2016 блокам в каждом разделе, время блока будет зависеть от доступной хэшрейтовой мощности — оно может быть чуть быстрее или медленнее 10 минут. После адаптации цепочки стабилизируются около этого значения.

По оценкам исходя из распределения хэшрейта, время первой адаптации сложности в каждом разделе примерно такое:

После первой адаптации блоки будут производиться примерно каждые 10 минут, затем каждый раздел будет самостоятельно проводить халвинг и регулировку сложности.

Без межконтинентальных соединений, для достижения первой цели по сложности потребуется 31, 40 и 70 дней соответственно.

Из-за разной скорости достижения халвинга до первой адаптации, даты халвинга в разных разделах будут постепенно сдвигаться.

Запасы и «определение биткоина»: комиссии, мемпулы и платежи

В каждом разделе лимит поставки 2100 миллионов биткоинов по-прежнему действует. Но в глобальном масштабе суммарное количество биткоинов превысит 2100 миллионов, поскольку каждый раздел будет самостоятельно выдавать награды за блоки.

Это создаст три несовместимых актива BTC: они будут иметь одинаковые адреса и приватные ключи, но разные наборы неистраченных транзакционных выходов (UTXO).

Приватные ключи смогут управлять токенами во всех разделах одновременно: если пользователь потратит один и тот же UTXO в двух регионах, транзакции будут действительны в каждой цепочке, что приведет к появлению «разделенных токенов»: они будут иметь общую историю до разделения, но полностью разную после.

Мемпулы останутся локальными навсегда, транзакции между разделами не смогут проходить, любые попытки платежей в другие регионы не достигнут получателей.

Рынки комиссий сформируют локальное равновесие: в течение долгого времени до первой адаптации сложности, регионы с меньшей долей хэшрейта будут иметь более напряженную емкость, после чего ситуация стабилизируется.

Каналы Lightning между разделами не смогут маршрутизировать транзакции: HTLC (Hash Time Locked Contracts) истекут, контрагенты будут публиковать обещания, а закрытие каналов — только внутри одного раздела, что остановит межрегиональную ликвидность.

Безопасность, рынки и инфраструктура

Безопасный бюджет каждого раздела равен сумме локальной хэшрейтовой мощности и комиссий. Хэшрейт, составляющий менее 20% от исходной сети, будет значительно дешевле для атаки.

Со временем майнеры могут мигрировать в разделы с более высокой ценой токенов и меньшими затратами энергии, что изменит баланс безопасности.

Из-за невозможности передачи заголовков блоков между разделами, злоумышленник одного раздела не сможет изменить историю другого, что ограничит атаки внутри региона.

Биржи станут регионализированными, торговые пары — дифференцированными, например BTC-A (Америка), BTC-E (Европа и Африка), BTC-X (Азия и Океания), с разными ценами, несмотря на то, что все они будут называться BTC.

Каналы фиатных валют, услуги хранения, деривативы и расчетные сети сосредоточатся в конкретных регионах. Индексные провайдеры и поставщики данных должны выбрать один раздел для каждого сервиса или публиковать агрегированные данные по нескольким регионам.

Межцепочные активы и оракулы, зависящие от глобальных источников данных, либо перестанут работать, либо разделятся на региональные версии.

Правила протокола сохранятся без изменений без согласования внутри разделов, но обновление протокола в одном разделе не будет автоматически распространяться на другие, что со временем приведет к расхождениям в правилах.

Майнинг-пулы, обозреватели блоков и кошельки должны создавать отдельную инфраструктуру для каждого раздела. Без ручных стратегий межрегиональное согласование балансов станет невозможным.

Могут ли разделы восстановиться без узловых соединений?

Если коммуникационные пути навсегда исчезнут, достижение сходимости протокола станет невозможным.

Единственный способ вернуться к единой учетной записи — это через социальные и операционные меры: например, согласовать, что одна цепочка считается официальной, а остальные — игнорировать или повторно транслировать транзакции.

После нескольких недель глубокого расхождения автоматическая реорганизация в единую цепь станет невозможной.

Ключевые рекомендации

Следует воспринимать постоянное разделение как «жесткий форк с сохранением общей истории до разделения»:

Правильно управлять приватными ключами, чтобы безопасно расходовать токены после разделения;

Использовать только уникальные транзакционные выходы для каждого региона, избегая случайных повторных транзакций между разделами;

Создавать отдельные системы учета, ценообразования и управления рисками для каждого раздела.

Майнеры, биржи и хранилища должны выбрать основной раздел, опубликовать идентификатор цепочки и установить политики по депозитам и выводам для каждого региона.

Кратко говоря, если инфраструктурные узлы навсегда исчезнут и не появится альтернативных путей связи, биткоин не исчезнет, но превратится в несколько независимых сетей, которые никогда не смогут снова объединиться.