Алгоритм фрагментации BlockFlow

Алгоритм фрагментации BlockFlow Alephium представляет собой значительное усовершенствование масштабируемости и эффективности блокчейна. Решая ограничения традиционных архитектур блокчейна, BlockFlow обеспечивает высокую пропускную способность транзакций, сохраняя децентрализацию и безопасность.

Понимание шардинга в блокчейне

Шардинг - это техника, которая разбивает сеть блокчейна на более мелкие, более управляемые сегменты, называемые осколками. Каждый осколок отвечает за обработку подмножества транзакций сети, позволяя обрабатывать несколько транзакций параллельно. Это разделение улучшает общую пропускную способность и производительность сети, смягчая проблемы, такие как перегрузка и высокая задержка, которые часто встречаются в монолитных структурах блокчейна.

Подход BlockFlow

BlockFlow отличается тем, что реализует уникальный механизм шардирования, который улучшает модель невыполненного вывода транзакций (UTXO). В этой системе адреса делятся на группы, а транзакции категоризируются на основе групп происхождения и назначения. Конкретно, транзакции из группы ягруппироватьjобрабатываются в предназначенном для этого черте (i, j). Эта структура обеспечивает, что каждая группа должна управлять только транзакциями, относящимися к своим ассоциированным чертам, что снижает вычислительную нагрузку и повышает масштабируемость.

Одним из ключевых нововведений BlockFlow является его способность эффективно обрабатывать транзакции между шардами. Традиционные модели шардинга часто требуют сложных протоколов, таких как двухфазные фиксации, для управления транзакциями, которые охватывают несколько шард. BlockFlow, однако, использует структуру данных Directed Acyclic Graph (DAG), которая записывает зависимости между блоками на разных шардах. Этот дизайн позволяет одношаговое подтверждение транзакций между шардами, оптимизируя процесс и улучшая пользовательский опыт.

Техническая реализация

В сети Alephium блокчейн разделен на несколько групп, каждая из которых содержит несколько цепей. Например, с четырьмя группами имеется шестнадцать цепей, причем каждая цепь отвечает за обработку транзакций между конкретными группами (например, цепочка 0->0, 1->2, 2->1, 3->0). Каждый блок в сети включает список зависимостей, ссылающихся на блоки из других цепочек. Эта взаимосвязь, обеспечиваемая структурой DAG, гарантирует, что все осколки поддерживают согласованное и синхронизированное состояние, сохраняя целостность реестра.

Структура блока в Alephium включает в себя несколько атрибутов:

• Отметка времени: Время создания блока.
• Хэш: Уникальный идентификатор блока, последние два байта которого указывают на связанную цепь.
• ВысотаПозиция блока в цепи.
• Цель: Текущий уровень сложности сети.
• Nonce: Значение, которое майнеры корректируют, чтобы соответствовать целевой сложности.
• Блокировать зависимости (blockDeps): Ссылки на хеши блоков из разных цепочек, от которых зависит текущий блок.
• Хэш транзакций (txsHash): Мерклевский корень всех транзакций, включенных в блок.
• Хэш зависимого состояния (depStateHash)Хэш состояния, от которого блок зависит.
• ТранзакцииСписок транзакций, содержащихся в блоке.

Эта всесторонняя структура позволяет алгоритму BlockFlow поддерживать целостность реестра в различных фрагментах и значительно увеличивать пропускную способность транзакций.

Преимущества BlockFlow

Внедрение BlockFlow предлагает несколько заметных преимуществ:

• Масштабируемость: Позволяя параллельную обработку транзакций через несколько фрагментов, BlockFlow позволяет сети обрабатывать высокий объем транзакций одновременно, достигая пропускной способности более 10 000 транзакций в секунду.
• ЭффективностьПроцесс одношагового подтверждения межцепочных транзакций снижает сложность и задержку, обеспечивая бесперебойный опыт для пользователей.
• Безопасность: Использование структуры DAG для управления зависимостями блоков обеспечивает постоянное обновление всех осколков, обеспечивая безопасность и точность блокчейна.

Механизм консенсуса Proof-of-Less-Work (PoLW)

Механизм консенсуса Proof-of-Less-Work (PoLW) Alephium представляет собой значительное развитие в технологии блокчейн, решая критические вопросы потребления энергии и безопасности сети, присущие традиционным системам Proof-of-Work (PoW). Интегрируя экономические стимулы с вычислительными процессами, PoLW предлагает более устойчивый и эффективный подход к поддержанию целостности блокчейн.

Проблемы с традиционным доказательством работы

Традиционные механизмы PoW, как это проиллюстрировано на примере биткойна, требуют от шахтеров выполнения обширной вычислительной работы для проверки транзакций и обеспечения безопасности сети. Хотя этот подход эффективен в обеспечении децентрализации и безопасности, он требует значительного энергопотребления, вызывая экологические опасения и стимулируя поиск более экологически чистых альтернатив.

Инновационный подход к доказательству меньшего объема работы

PoLW Alephium переосмысливает структуру PoW, включая токеномику в процесс согласования. В этой модели объем вычислительных усилий, необходимых для майнинга новых блоков, динамически ajusted на основе общей хешрейта сети и экономической стоимости местного токена, ALPH. Это динамическое регулирование обеспечивает, что энергозатраты соответствуют потребностям в безопасности сети без избыточного потребления ресурсов.

Особенностью PoLW является интеграция механизма сжигания токенов в процесс майнинга. Майнерам требуется сжигать часть своих токенов ALPH в рамках процедуры проверки блока. Этот процесс сжигания служит двойной цели: он сокращает обращающееся предложение ALPH, потенциально улучшая его стоимость, и внутреннизирует часть затрат на майнинг, что приводит к более сбалансированной и энергоэффективной сетевой операции.

Энергоэффективность и экологическое воздействие

Внедрение PoLW приводит к существенному снижению энергопотребления, достигая более чем 87% уменьшения по сравнению с традиционными системами PoW. Это значительное улучшение достигается без ущерба для безопасности или децентрализации сети. Выравнивая экономические стимулы с вычислительными усилиями, PoLW Alephium предлагает более устойчивое решение, решающее проблемы окружающей среды, связанные с технологиями блокчейн.

Безопасность и децентрализация

Поддержание надежной безопасности и децентрализации является первостепенной задачей в дизайне Alephium. PoLW обеспечивает минимизацию энергопотребления, но при этом сеть остается устойчивой к атакам. Требование для майнеров сжигать токены ALPH вводит экономическое сдерживание злонамеренных действий, поскольку любая попытка компрометации сети потребует значительных финансовых затрат. Этот экономический стейк, в сочетании с вычислительными усилиями, укрепляет сетевую систему безопасности.

Модель состояния UTXO

Модель состояния невыполненного транзакционного вывода (UTXO) Alephium представляет собой значительное совершенствование в архитектуре блокчейна, эффективно объединяющее преимущества традиционной модели UTXO с гибкостью модели, основанной на учете. Этот инновационный подход улучшает масштабируемость, безопасность и программность, устраняя ограничения, присущие ранним системам блокчейна.

Традиционные модели: UTXO против модели на основе счетов

В технологии блокчейн применяются две основные модели для управления транзакциями и смарт-контрактами:

• Модель UTXO: Работает на базе биткоина, эту модель рассматривает каждую транзакцию как отдельную единицу, обеспечивая высокий уровень безопасности и облегчая проверку транзакций. Однако она не имеет встроенной поддержки для сложных смарт-контрактов и изменяемых состояний.
• Модель на основе учетной записиИспользуемая Ethereum, эта модель поддерживает глобальные состояния путем отслеживания балансов счетов и состояний контрактов, обеспечивая сложные смарт-контракты и dApps. Предлагая большую гибкость, она может столкнуться с проблемами, связанными с масштабируемостью и безопасностью.

Stateful UTXO-модель Alephium

Alephium представляет собой состояние модели UTXO, которая синергетически сочетает преимущества обоих традиционных моделей. В этой архитектуре:

• UTXOs с изменяемыми состояниями: Каждый UTXO может иметь связанное изменяемое состояние, что позволяет разрабатывать сложные смарт-контракты, сохраняя при этом встроенные преимущества безопасности структуры UTXO.
• Улучшенная безопасность: Поддерживая парадигму UTXO, Alephium обеспечивает, что активы принадлежат непосредственно пользователям, а не контрактам, что снижает потенциальные векторы атак и улучшает безопасность активов.
• Масштабируемость и Шардинг: Модель разработана для бесшовной работы с механизмом фрагментации Alephium, обеспечивающим эффективную параллельную обработку транзакций и смарт-контрактов на нескольких фрагментах.

Последствия для смарт-контрактов и dApps

Модель состояния UTXO предлагает несколько преимуществ для разработчиков и пользователей:

• Тонкое управление: Разработчики могут создавать контракты с точным контролем за переходами состояний, улучшая безопасность и снижая риск непреднамеренных поведенческих реакций.
• Параллельная обработка: Модель поддерживает параллельное выполнение транзакций, повышая пропускную способность и делая сеть более устойчивой при высокой нагрузке.
• Упрощенная верификацияДискретный характер UTXO упрощает проверку транзакций, способствуя общей эффективности сети.

Виртуальная машина Alephium и язык программирования Ralph

Технологическая структура Alephium отличается своим собственным виртуальным исполнительным устройством Alphred и специализированным языком программирования Ralph. Вместе они обеспечивают надежное и безопасное окружение для разработки децентрализованных приложений (dApps) и смарт-контрактов, решая многие из ограничений, присущих существующим блокчейн-платформам.

Виртуальная машина Alphred

Alphred - это основанная на стеке виртуальная машина, специально разработанная для использования модели sUTXO (stateful UTXO) Alephium. Эта архитектура поддерживает как неизменную модель UTXO для безопасного управления активами, так и модель на основе учетных записей для управления состояниями контрактов, предлагая универсальное основание для разработки сложных dApp. Alphred внедряет несколько инновационных функций для повышения безопасности и эффективности:

• Система управления активами: Эта система явно определяет потоки активов на уровне виртуальной машины, обеспечивая выполнение всех операций по передаче активов в рамках смарт-контрактов в соответствии с заданным намерением. Исключая риски, связанные с утверждениями токенов, она обеспечивает более безопасный опыт использования для пользователя.
• Доверительные P2P смарт-контрактные транзакции: Alphred облегчает взаимодействие между равными в рамках смарт-контрактов без необходимости посредников, способствуя децентрализации и доверительному исполнению.

Дизайн виртуальной машины также решает распространенные уязвимости в децентрализованных приложениях, такие как атаки на повторный вызов и несанкционированный доступ, внедряя встроенные меры безопасности. Этот превентивный подход гарантирует, что разработчики могут сосредоточиться на функциональности, не жертвуя безопасностью.

Язык программирования Ralph

Дополняя Alphred, язык программирования Alephium, Ralph, предназначен для написания эффективных и безопасных смарт-контрактов. Вдохновленный синтаксисом Rust, Ralph предлагает знакомую структуру для разработчиков, облегчая более плавное обучение. Ключевые аспекты Ralph включают в себя:

• Простота и безопасность: Ralph разработан для упрощения создания смарт-контрактов с минимизацией возможных уязвимостей. Его синтаксис и структура помогают предотвращать распространенные ошибки программирования, улучшая общую безопасность dApps.
• Интеграция с Alphred: Ральф без проблем интегрируется с виртуальной машиной Alphred, позволяя разработчикам полностью использовать модель sUTXO и Систему Разрешений на Активы. Эта интеграция гарантирует, что смарт-контракты будут одновременно мощными и безопасными.
• Поддержка разработчиковДля помощи разработчикам Alephium предоставляет протокол сервера языка (LSP) для Ральфа, предлагая такие функции, как завершение кода, диагностика и переход к определениям. Эта поддержка улучшает опыт разработки и оптимизирует процесс кодирования.

Объединяя возможности Alphred и Ralph, Alephium предоставляет комплексную платформу для создания масштабируемых, безопасных и эффективных децентрализованных приложений. Этот интегрированный подход не только решает существующие проблемы в развитии блокчейна, но также прокладывает путь для инновационных решений в децентрализованной экосистеме.