Фаза 1 — «Shard chains». В 2021 году начнется внедрение технологии Shard Chains («фрагментированных цепей»). Блокчейн Eth 2.0 будет разделен на 64 фрагмента, которые будут работать синхронно и взаимодействовать друг с другом.
Каким будет Ethereum 2.0: от нулевой фазы до PoS-алгоритма
1 декабря запускается нулевая фаза Ethereum 2.0 — обновления сети второй крупнейшей по капитализации криптовалюты после биткоина. Оно решит проблемы масштабируемости и безопасности сети Ethereum, переведет ее на алгоритм консенсуса Proof of Stake (PoS), запустит шардинг, новую виртуальную машину (eWASM) и возможность стейкинга. Однако обновление не будет активировано мгновенно — оно будет развертываться поэтапно, и на его полную имплементацию уйдет от одного до двух лет. Разобрались, какие изменения произойдут в сети Ethereum на данном этапе, как будет происходить многолетний переход на PoS-алгоритм и как он отразится на развитии проекта Виталика Бутерина.
У Ethereum давние проблемы с масштабируемостью. Чем популярнее становится эфир, тем менее эффективным становится его блокчейн. Сейчас сеть Ethereum уже перегружена и не подходит для массового использования.
В Ethereum стоимость комиссии за транзакцию определяется количеством и ценой затраченных ресурсов («газом»). Этот показатель регулируется лишь ростом цены эфира. С начала 2020 года стоимость транзакции выросла в 15.4 раза — с
Каким будет Ethereum 2.0
Ethereum 2.0 — это попытка улучшить масштабируемость, безопасность и программируемость сети без ущерба для децентрализации.
Масштабируемость и шардинг. Сейчас скорость Ethereum — 30 транзакций в секунду.
Уже вскоре после запуска нулевой фазы обновления Ethereum сможет масштабироваться примерно до 3 000 транзакций в секунду, а после перехода к первой фазе и запуска шардинга — и до 100 000.
Сейчас у Ethereum один блокчейн, состоящий из одной цепочки с последовательными блоками. Это безопасно, но очень медленно и неэффективно.
Шардинг — разделение единого блокчейна на отдельные узлы (шарды), в каждом из которых транзакции будут обрабатываться параллельно. Это одно из основных новшеств Ethereum 2.0. Валидаторам нужно хранить и подтверждать данные только для того сегмента, за который они отвечают, а не для всей сети (как это происходит сегодня с PoW). Это ускоряет процесс и резко снижает требования к оборудованию.
PoS-алгоритм консенсуса и стейкинг. Сейчас в Ethereum для достижения консенсуса между майнерами используется PoW-алгоритм. В Ethereum 2.0 его заменит PoS-алгоритм.
PoW — популярный алгоритм, который используется во всех ранних блокчейнах: Bitcoin, Litecoin, Bitcoin Cash, Monero, Dash, и Zcash среди многих других. Это высокозащищенная, но очень энергозатратная и не масштабируемая консенсусная модель.
Для подтверждения транзакций в PoW специальное оборудование должно решать сложные математические задачи. Тот, кто первым решит задачу, добавляет новую транзакцию в блокчейн и получает за это вознаграждение в монетах. Этот процесс называется майнингом.
В PoS вместо майнеров транзакции подтверждают валидаторы, которые делегируют (замораживают) монеты в мастер-ноды и получают за это вознаграждение. Этот процесс называется стейкингом.
Он работает как банковский депозит и предоставляет крипто-инвесторам возможность получать пассивный доход. Чем больше монет заморожено, тем выше вознаграждение. В самом начале работы сети валидаторы, как ожидается, получат примерно 20% годовых от суммы внесенных для стейкинга ETH. Позже доходность снизится и со временем может опуститься до 5%.
Главное преимущество алгоритма PoS в том, что он гораздо более энергоэффективен, чем PoW. В нем не важна вычислительная мощность компьютера и нет огромных энергозатрат. Поэтому быть валидатором можно с любого ноутбука.
Безопасность. Переход на PoS сделает Ethereum более безопасной экосистемой. Например, такая уязвимость PoW-алгоритма, как атака 51%, при которой злоумышленники, завладев больше чем половиной мощности сети, получают контроль над подтверждением транзакций и генерацией блоков, станет невозможной. Минимальное количество валидаторов — 16 384 — обеспечивает нужный уровень децентрализации. Для контроля за валидаторами создана специальная команда. Если валидатор попробует действовать против сети, для него предусмотрено наказание, например, лишение вознаграждения или даже заморозка депозита. В результате валидатор-злоумышленник не может навредить сети, не понеся значительных финансовых потерь.
.076 до 400.173, а в сентябре достигла своего исторического максимума — $13.4. Это очень дорого для крупнейшей блокчейн-сети, которую используют сотни и тысячи проектов.
График роста цены средней комиссии за транзакцию в сети Ethereum по данным Ycharts. Источник
Начавшийся в этом году бум популярности DeFi-протоколов, большинство из которых используют Ethereum, еще сильнее перегружает сеть и приводит к росту комиссий. В результате блокчейн становится слишком затратным и неэффективным для использования в децентрализованных приложениях (dApps) и в DeFi-секторе, опирающихся на мелкие транзакции.
Ограниченность Ethereum уже сейчас мешает проекту развиваться. Если ничего не предпринять, сетью станет просто невозможно пользоваться и ее вытеснят конкурирующие блокчейны. А уж о том, чтобы использовать эфир для десятков и сотен миллионов человек, пока и говорить не приходится.
Для решения проблемы масштабирования с 2016 года разработчики Ethereum подготавливали переход сети с алгоритма консенсуса Proof of Work (PoW) на PoS-алгоритм — Ethereum 2.0. Здесь не будет майнинга, а обработкой транзакций и поддержанием работоспособности сети займутся валидаторы. Это сделает Ethereum более масштабируемым, быстрым и выгодным.
Когда завершится обновление ЕТН 2.0?
Обновление Ethereum может казаться простым делом, но подготовка к нему не зря заняла столько лет. Как-то Виталик Бутерин, создатель эфира, заметил, что легко разработать блокчейн, сочетающий два из трех важнейших свойств, которыми являются децентрализация, безопасность и масштабируемость. Но сложно создать блокчейн, сочетающий все три свойства без ущерба для каждого из них. Это называется трилеммой масштабирования: ради большей производительности необходимо пожертвовать децентрализацией или безопасностью. До сих пор ни один блокчейн не смог обойтись без подобных компромиссов. Ethereum 2.0 претендует стать первым блокчейном, в котором удастся добиться равнозначной комбинации всех трех свойств.
Развертывание Ethereum 2.0 будет проходить в три этапа: Фаза 0 (разработчики любят считать с нуля), Фаза 1 и Фаза 2. Такая неспешность нужна для того, что избежать ошибок и предусмотреть все возможные проблемы. Ожидается, что на полное обновление сети уйдет около двух лет.
Фаза 0 запустится 1 декабря 2020 года, остальные — в 2021 и 2020 годах, но точные даты пока еще не заданы. По мере развертывания апдейта планы и конкретная реализация обновлений могут быть скорректированы.
Фаза 0: Beacon Chain
Фаза 0 — Beacon Chain — будет запущена 1 декабря.
В нулевой фазе Ethereum 2.0 будет внедрена так называемая цепочка Beacon Chain. В будущем она обеспечит поддержание консенсуса во всех параллельных блокчейнах, работающих в экосистеме Ethereum. Но пока ее задачи:
- координировать работу новой сети, управляя реестром валидаторов и распределяя их по сегментам, над которыми они должны работать;
- развернуть PoS;
- заложить основу для последующих обновлений, прежде всего, шардинга;
- проверить работу Lighthouse — клиента новой сети.
Beacon Chain будет работать отдельно от первоначальной сети. То есть Ethereum 1.0 будет работать параллельно и продолжит функционировать на PoW-алгоритме. При этом запуск обновления не отразится на пользователях ЕТН 1.0 и децентрализованных приложений на Ethereum.
Ethereum 2.0 начнется с делегирования монет валидаторов. Для поддержания децентрализованной сети ETH 2.0 требуется минимум 16 384 валидатора.
Пользователи, которые хотят стать валидаторами и получать процентное вознаграждение за добавление новых блоков, должны будут «заморозить» минимум 32 ЕТН ($18 442 на день публикации) и держать ноды постоянно подключенным к сети. За регулярное или слишком долгое отключение от сети валидаторы лишатся своего вознаграждения. Вывести средства можно будет только после запуска Фазы 1.5, в которой первоначальный блокчейн ЕТН 1.0 окончательно перейдет на PoS.
Beacon Chain — это, по сути, лишь проверка работоспособности сети и тестирование возможностей PoS-алгоритма. В ней будет доступен стейкинг новых монет и возможность переводить монеты из EТН 1.0 в ETH 2.0. Но в нулевой фазе не будет транзакций, полноценной экономической активности, смарт-контрактов, децентрализованных приложений и DeFi-протоколов.
Фаза 1: Шардинг
Фаза 1 предполагает запуск шардинга — разделения данных на несколько фрагментов, или шардов, в результате чего снижается нагрузка на сеть. Эта фаза будет запущена в 2021 году и займет около 6 месяцев.
Первоначально ЕТН 2.0 будет развернута с 64 шардами. По идее это должно увеличить пропускную способность сети примерно в 64 раза. Позднее количество шардов может быть увеличено до 1024, что сделает сеть еще более масштабируемой.
Следует обратить внимание, что перевод на депозитный контракт является односторонним. Вернуть средства из Eth 2.0 обратно в Eth 1 можно будет не ранее следующей фазы обновления.
Особенности майнинга Ethereum в 2021 году
Изначально в блокчейне Эфириум используется алгоритм консенсуса Proof-of-Work (PoW) – доказательство работы. При таком механизме функционирования сети, создание и проверка новых блоков происходят путем решения математических задач. Этот процесс требует огромной вычислительной мощности. Он может выполняться при помощи специального оборудования:
ASIC (интегральная схема специального назначения).
Стоит учитывать, что в данном случае не имеются в виду процессоры и видеокарты от обычного ПК. Такое оборудование обладает значительно более высокой производительностью и создается специально для майнинга. Эта техника обеспечивает тот уровень вычислительных процессов, который нужен для решения криптографической задачи.
Как только задача решается, созданный блок принимается в общую цепочку. А тому, кто сумел получить решение, выплачивается вознаграждение. Такой же принцип добавления блоков используется и в блокчейне Bitcoin.
Основной недостаток Proof-of-Work заключается в том, что он вынуждает майнеров покупать дорогое оборудование. В отличие от блокчейна ВТС, разработчики Ethereum сделали этот процесс более доступным, так как в этой сети используется немного другой алгоритм хеширования – Ethash. Однако с ростом популярности криптовалюты Эфириум сложность ее добычи значительно возросла, и уже также требует огромной мощности.
Сегодня для майнинга ВТС нужно использовать только ASIC, и желательно собирать из них фермы для получения высокого хешрейта. Но для добычи монет в Эфире подойдут и графические процессоры (GPU) AMD и Nvidia. Так что потратиться на «железо» все равно придется.
Нужно отметить, что процесс майнинга в блокчейне Ethereum постепенно перестает быть справедливым. Майнеры с запасом средств покупают специальные интегральные схемы, предназначенные для добычи ETH. Это дает им возможность добывать блоки быстрее пользователей с графическими процессорами.
В итоге обычные майнеры с GPU стали недозарабатывать, и часть из них перешла на добычу других активов. Многие пользователи начали высказывать свое возмущение по поводу того, что в техническом документе Ethereum написано об устойчивости сети к ASIC-майнингу, а в реальности все иначе.
Единственный способ конкурировать с Асиками – это собирать фермы, которые не всем по карману. Альтернативный вариант – объединять свои технические мощности, формируя майнинг-пулы.
Переход Ethereum на PoS
Разработчики Эфира осознают факт проблемы со сложностью майнинга и планируют заменить механизм консенсуса. Приблизительно в 3-м квартале 2022 года блокчейн Ethereum перейдет на алгоритм Proof-of-Stake (PoS) – доказательство доли.
Это альтернативный способ добавления нового блока в цепочку. При его использовании отпадает необходимость в мощной технике – никаких сложных задач больше решать не нужно. Участвовать в добыче монет смогут любые пользователи, в том числе и с обычными ПК или смартфонами.
Несмотря на то что сложности с покупкой дорогой техники уйдут, появится новая проблема – необходимость иметь крупную сумму для стейкинга и майнинга, так как при использовании PoS больше шансов добыть блок у того, кто удерживает много монет. То есть в качестве доказательства используется доля активов (вместо решения задач). Соответственно, теперь у пользователей будет новая цель: получить больше токенов Эфира, чтобы повысить свои шансы на получение прибыли.
Помимо изменения алгоритма доказательства выполненной работы на доказательство доли, во второй версии Эфира появится шардинг. Так называется разделение единого набора данных и хранение его в виде множества баз. Основное преимущество шардинга заключается в том, что он позволяет увеличить скорость проведения транзакций в 64 раза.
Обновленная сеть будет называться Ethereum 2.0, а ответственность за ее безопасность возьмут на себя валидаторы.
