Een korte handleiding voor het protocol dat tot doel heeft de winstgevendheid van ethermining te verminderen (en uiteindelijk te elimineren).
Wat is Kasper?
Casper is de langverwachte update van het Ethereum-netwerk waarmee blokken die zijn geverifieerd met behulp van het algoritme kunnen worden toegevoegd aan de blockchain Proof-of-Stake.
Tot op zekere hoogte is Casper een afstammeling van de GHOST, of Greedy Heaviest Observed Subtree. Geïntroduceerd in het Ethereum-ecosysteem in 2013, ontmoedigt het GHOST-protocol centralisatie. Tijdens de werking van het netwerk worden periodiek de zogenaamde verlaten blokken of weesblokken (met succes gecontroleerde blokken die niet in de huidige keten zijn gevallen) gemaakt; ze worden vaak "ooms" genoemd in de Ethereum-gemeenschap, wat het verschil tussen ouder- en kindblokkades benadrukt.
Dergelijke blokken doorstonden de test, maar het netwerk wees ze af omdat een andere, langere keten dominant werd. De snelste en krachtigste miners hebben de overhand bij het oplossen van blokken en het maken van de langste ketens. Uiteindelijk zou hun dominantie leiden tot overmatige centralisatie van het netwerk. Om dit te voorkomen, beloont Ethereum het genereren van verlaten blokken door alle mijnwerkers aan te moedigen deel te nemen aan de bouw van het netwerk, niet alleen de rijkste.
consensusalgoritmen
Blockchains slaan belangrijke informatie op, dus het toevoegen van nieuwe blokken met minimaal potentieel voor fraude is de primaire taak van elk algoritme. Consensusalgoritmen bepalen precies hoe nieuwe blokken in de keten worden opgenomen. De meest voorkomende zijn Proof-of-Work (PoW) en Proof-of-Stake (PoS).
In PoW voegen miners blokken toe aan de keten, lossen ze een complex wiskundig probleem op en concurreren ze met elkaar. Het is duidelijk dat met deze mijnbouwmethode het voordeel is voor de mijnwerkers met de krachtigste apparatuur. Dit ondermijnt de decentralisatie van het netwerk en maakt het kwetsbaar.
PoS gebruikt speltheorieconcepten om goed gedrag aan te moedigen en slecht gedrag te minimaliseren. In dit geval concurreren de miners niet met elkaar, maar zetten ze een bepaald bedrag op de ter opname aangeboden blokken. Als een mijnwerker zal proberen vals te spelen en het blok zal worden afgewezen, zal hij het ingezette geld verliezen.
PoW-methode verbruikt enorme hoeveelheden elektriciteit. Mijnwerkers kopen de krachtigste hardware om hun winkansen te vergroten. De PoS-methode vermindert de hardwarevereisten en het elektriciteitsverbruik aanzienlijk.
Het werk van validators
In de kern vertegenwoordigt het Casper-protocol het PoS-algoritme voor Ethereum. De validator voert het bod in het slimme contract in, start het knooppunt en onderhoudt het netwerk. Casper de Friendly Finality Gadget (CFFG) methode is verantwoordelijk voor het toevoegen van blokken aan de keten. Validators worden beloond voor hun inspanningen, maar verliezen de inzet bij problemen.
Casper detecteert overtredingen, installeert gewetenloze validators en bestraft deze. Het stelt ook nieuwe validators in staat om het systeem te betreden en uit te loggen bij bestaande. Beveiliging is een integraal onderdeel van Casper.
Casper heeft de vorm van een zelfstandige module en is gekoppeld aan een voorstel-engine. Momenteel is het Ethereum-voorstelmechanisme gebaseerd op POW. Zo is de eerste generatie van het Casper-protocol gekoppeld aan het bestaande PoW-algoritme. Het resultaat is een hybride PoW/PoS-systeem. In de toekomst kunnen ontwikkelaars zich afmelden voor POW ten gunste van een andere aanpak. Het kan een algoritme zijn dat is gebaseerd op Round-robin (cyclisch algoritme van load balancing door brute force-methode).
Beveiligingsproblemen
Vanuit veiligheidsoogpunt is er één kanttekening. Casper zal hulpeloos zijn in het geval dat het onderliggende blokkeringsmechanisme wordt aangetast. Zolang Casper adequate en "echte" berichten van de aanbiedingsmotor ontvangt, werkt het zoals gewoonlijk.
De beveiliging van het POS-algoritme is gebaseerd op het concept van beloningen en straffen uit de speltheorie. Validators garanderen de veiligheid en correctheid van blokken door de grootte van hun deposito's. Als een oneerlijke validator 100 Ether moet uitgeven om er 5 te stelen, zal hij deze onderneming opgeven. Aan de andere kant kan hij heel goed voor diefstal gaan, als hij 100 Ethers kan krijgen en er slechts 5 uitgeeft. In dit geval zullen de verliezen worden gezien als normale kosten van "zaken".
Kenmerken van Casper
Als netwerkmechanisme moet Casper de integriteit van de keten waarborgen en te allen tijde operationeel blijven.
Fundamentele kenmerken van Casper zijn eenduidigheid en stabiliteit van informatie. Eenduidigheid voorkomt dat er tegenstrijdige informatie in de blockchain verschijnt (een tegenstrijdigheid is alleen mogelijk als de regels worden overtreden door ten minste 1/3 van de validators). Veerkracht garandeert de mogelijkheid om een nieuw blok te voltooien, op voorwaarde dat minimaal 2/3 van de validators het protocol volgen.
In standaard PoW-protocollen heeft de langste keten altijd de voorkeur. In die zin is Casper complexer. Er zijn randgevallen waarbij het kiezen van de langste keten het netwerk schaadt. Daarom houdt de Casper-programmalogica rekening met de hoofdknooppunten van de checkpointboom en selecteert de langste keten die aan de voorwaarden voldoet.
Aanvullende materialen
Casper is gebaseerd op de speltheorie en de ontwikkeling van het protocol gaat gepaard met veel onderzoek en wiskundige berekeningen. In veel opzichten is dit een complex systeem. Op 15 november 2017 publiceerden Vitalik Buterin en Virgil Griffith de technische details.
Blijkbaar bevat een eerder (zonder verwijzing naar een specifieke datum) document met dezelfde naam totaal andere informatie. De auteur is Buterin zelf, en het staat op zijn persoonlijke website. Dit document bespreekt de mogelijke beveiligingsproblemen die Casper aanpakt.
Eveneens op 1 augustus 2015 werd een beschrijving van Vlad Zamfir gepubliceerd op de Ethereum-blog.
Conclusie
Voorlopig is het PoW-consensusalgoritme geslaagd. Blokken zijn succesvol toegevoegd aan de keten, gebruikers vertrouwen het resultaat. Het proces is echter traag, verbruikt grote hoeveelheden elektriciteit en vereist enorme apparatuurkosten. Caspers benadering is gebaseerd op speltheorie, elimineert veel van de problemen van PoW en biedt vergelijkbare beveiliging.
Het nieuwe protocol kan onvoorziene problemen ondervinden, maar het bestaan ervan als een afzonderlijke module maakt het gemakkelijker om problemen op te lossen en de code te verbeteren. Casper is een innovatieve oplossing op basis van onderzoek en wiskundige modellering die zeker zal leiden tot een golf van nieuwe ideeën en suggesties.