Eine kurze Anleitung zum Protokoll, das darauf abzielt, die Rentabilität des Ether-Mining zu reduzieren (und letztendlich zu eliminieren).
Was ist Casper?
Casper ist das lang erwartete Update des Ethereum-Netzwerks, mit dem mithilfe des Algorithmus verifizierte Blöcke zur Blockchain hinzugefügt werden können Pfandnachweis.
Casper ist bis zu einem gewissen Grad ein Nachkomme des GHOST oder Greedy Heaviest Observed Subtree. Das GHOST-Protokoll, das 2013 im Ethereum-Ökosystem eingeführt wurde, rät von einer Zentralisierung ab. Während des Betriebs des Netzwerks werden periodisch sogenannte verlassene Blöcke oder verwaiste Blöcke (erfolgreich überprüfte Blöcke, die nicht in die aktuelle Kette gefallen sind) erstellt; Sie werden in der Ethereum-Community oft als „Onkel“ bezeichnet, was den Unterschied zu Eltern- und Kindblöcken betont.
Solche Blöcke bestanden den Test, aber das Netzwerk lehnte sie ab, da eine andere, längere Kette dominant wurde. Die schnellsten und mächtigsten Miner haben die Nase vorn, wenn es darum geht, Blöcke zu lösen und die längsten Ketten zu erstellen. Letztlich würde ihre Dominanz zu einer übermäßigen Zentralisierung des Netzwerks führen. Um dies zu vermeiden, belohnt Ethereum die Erzeugung aufgegebener Blöcke, indem es alle Bergleute ermutigt, am Aufbau des Netzwerks teilzunehmen, nicht nur die reichsten.
Konsensalgorithmen
Blockchains speichern wichtige Informationen, daher ist das Hinzufügen neuer Blöcke mit minimalem Betrugspotenzial die Hauptaufgabe jedes Algorithmus. Konsensalgorithmen bestimmen genau, wie neue Blöcke in die Kette aufgenommen werden. Die gängigsten sind Proof-of-Work (PoW) und Proof-of-Stake (PoS).
In PoW fügen Bergleute Blöcke zur Kette hinzu, lösen ein komplexes mathematisches Problem und konkurrieren miteinander. Bei dieser Abbaumethode liegt der Vorteil offensichtlich für die Bergleute mit der leistungsstärksten Ausrüstung. Dies untergräbt die Dezentralisierung des Netzes und macht es angreifbar.
PoS verwendet spieltheoretische Konzepte, um gutes Verhalten zu fördern und schlechtes Verhalten zu minimieren. In diesem Fall konkurrieren die Miner nicht miteinander, sondern legen einen bestimmten Betrag auf die zur Aufnahme angebotenen Blöcke. Wenn ein Bergmann versucht zu betrügen und der Block abgelehnt wird, verliert er die eingesetzten Gelder.
Die PoW-Methode verbraucht riesige Mengen an Strom. Miner kaufen die leistungsstärkste Hardware, um ihre Gewinnchancen zu erhöhen. Die PoS-Methode reduziert die Hardwareanforderungen und den Stromverbrauch erheblich.
Die Arbeit der Validatoren
Im Kern repräsentiert das Casper-Protokoll den PoS-Algorithmus für Ethereum. Der Validator gibt das Gebot in den Smart Contract ein, startet den Node und wartet das Netzwerk. Casper, die Friendly Finality Gadget (CFFG)-Methode, ist für das Hinzufügen von Blöcken zur Kette verantwortlich. Validatoren werden für ihre Bemühungen belohnt, verlieren aber bei Problemen den Einsatz.
Casper erkennt Verstöße, installiert skrupellose Validatoren und bestraft sie. Es ermöglicht auch neuen Validatoren, in das System einzutreten und sich von bestehenden abzumelden. Sicherheit ist ein integraler Bestandteil von Casper.
Casper hat die Form eines unabhängigen Moduls und ist mit einer Proposal Engine verbunden. Derzeit basiert der Vorschlagsmechanismus von Ethereum auf POW. Somit ist die erste Generation des Casper-Protokolls mit dem bestehenden PoW-Algorithmus verbunden. Das Ergebnis ist ein hybrides PoW/PoS-System. In Zukunft können Entwickler POW zugunsten eines anderen Ansatzes ablehnen. Es kann ein Algorithmus sein, der auf Round-Robin basiert (zyklischer Algorithmus des Lastausgleichs durch Brute-Force-Methode).
Sicherheitsprobleme
Aus sicherheitstechnischer Sicht gibt es einen Vorbehalt. Casper wird hilflos sein, falls der zugrunde liegende Blockversorgungsmechanismus kompromittiert wird. Solange Casper angemessene und "wahre" Nachrichten von der Angebots-Engine erhält, wird es wie gewohnt funktionieren.
Die Sicherheit des POS-Algorithmus basiert auf dem Konzept der Belohnungen und Bestrafungen aus der Spieltheorie. Validatoren garantieren die Sicherheit und Richtigkeit der Blöcke durch die Größe ihrer Einlagen. Wenn ein unehrlicher Prüfer 100 Ether ausgeben muss, um 5 zu stehlen, wird er dieses Unterfangen aufgeben. Auf der anderen Seite kann er gut für Diebstahl gehen, wenn er 100 Ether bekommt und nur 5 ausgibt. In diesem Fall werden die Verluste als normale Kosten des "Geschäfts" wahrgenommen.
Eigenschaften von Casper
Als Netzwerkmechanismus muss Casper die Integrität der Kette sicherstellen und jederzeit betriebsbereit bleiben.
Grundlegende Merkmale von Casper sind Informationseindeutigkeit und Stabilität. Eindeutigkeit verhindert, dass widersprüchliche Informationen in der Blockchain erscheinen (ein Widerspruch ist nur möglich, wenn die Regeln von mindestens 1/3 der Validatoren verletzt werden). Resilienz garantiert die Fähigkeit, einen neuen Block abzuschließen, vorausgesetzt, dass mindestens 2/3 der Validatoren dem Protokoll folgen.
Bei Standard-PoW-Protokollen wird immer die längste Kette bevorzugt. In diesem Sinne ist Casper komplexer. Es gibt Randfälle, in denen die Auswahl der längsten Kette dem Netzwerk schadet. Daher berücksichtigt die Casper-Programmlogik die Wurzelknoten des Prüfpunktbaums und wählt die längste Kette aus, die die Bedingungen erfüllt.
Mehr
Casper basiert auf der Spieltheorie und die Entwicklung des Protokolls erfordert viel Forschung und Mathematik. Dies ist in vielerlei Hinsicht ein komplexes System. Am 15. November 2017 veröffentlichten Vitalik Buterin und Virgil Griffith ihre technischen Details.
Offenbar enthält ein früheres (ohne Bezug auf ein bestimmtes Datum) gleichnamiges Dokument ganz andere Informationen. Sein Autor ist Buterin selbst, und es wird auf seiner persönlichen Website veröffentlicht. In diesem Dokument werden die potenziellen Sicherheitsprobleme erörtert, die Casper anspricht.
Ebenfalls am 1. August 2015 wurde im Ethereum-Blog eine Beschreibung von Vlad Zamfir veröffentlicht.
Abschluss
Im Moment ist der PoW-Konsensalgorithmus erfolgreich. Blöcke wurden erfolgreich zur Kette hinzugefügt, Benutzer vertrauen dem Ergebnis. Der Prozess ist jedoch langsam, verbraucht viel Strom und erfordert enorme Gerätekosten. Caspers Ansatz basiert auf der Spieltheorie, beseitigt viele der Probleme von PoW und bietet eine ähnliche Sicherheit.
Das neue Protokoll kann auf unvorhergesehene Schwierigkeiten stoßen, aber seine Existenz als separates Modul erleichtert es, Probleme zu lösen und den Code zu verbessern. Casper ist eine innovative Lösung, die auf Forschung und mathematischer Modellierung basiert und mit Sicherheit eine Welle neuer Ideen und Vorschläge auslösen wird.