Как теория игр обеспечивает существование блокчейна?

Блок­чейн — это по­сле­до­ва­тель­ность бло­ков, в ко­то­рых за­пи­са­ны от­дель­ные тран­зак­ции. Каж­дый блок также со­дер­жит хэш преды­ду­ще­го блока, и, таким об­ра­зом, они свя­зы­ва­ют­ся в це­поч­ку, что и от­ра­же­но в на­зва­нии тех­но­ло­гии (chain пе­ре­во­дит­ся как цепь). Вот упро­щен­ное ви­зу­аль­ное пред­став­ле­ние блок­чей­на.

Неко­то­рые тер­ми­ны:

• Генезис-блок — первый блок блокчейна.

• Доказательство работы — объем вычислений, необходимый для создания блока.

• Родительский блок — блок, непосредственно предшествующий текущему; на диаграмме выше блок 50 является родительским блоком блока 51.

Для каж­до­го блока в блок­чейне можно под­счи­тать оцен­ку.

• Оценка (генезис-блок) = 0

• Оценка (блок) = Оценка (родительский блок) + Доказательство работы

Те­ку­щий блок — это блок с мак­си­маль­ной оцен­кой.

В ос­но­ван­ной на блок­чейне бит­ко­ин-се­ти есть две роли:

• Пользователи

• Майнеры

У поль­зо­ва­те­лей есть толь­ко две воз­мож­но­сти:

• Отправлять монеты

• Получать монеты

Для этого им нужны два ключа, пуб­лич­ный и за­кры­тый. Май­не­ры де­ла­ют две вещи:

• Подтверждают транзакции

• Рассчитывают новые блоки

Соб­ствен­но, май­нинг — это про­цесс об­на­ру­же­ния новых бло­ков и до­бав­ле­ние их к блок­чей­ну.

Майнинг блоков

Про­ве­дя ряд вы­чис­ле­ний, май­не­ры на­хо­дят блок и до­бав­ля­ют его к блок­чей­ну. В си­сте­ме Ethereum за до­бав­ле­ние блока май­нер по­лу­ча­ет пять эфи­ров (ETH/USD), а в бит­ко­ин-се­ти — 12,5 бит­ко­и­на (Bitcoin) (по со­сто­я­нию на 30 ав­гу­ста 2017 года). Май­не­ры в си­сте­ме блок­чей­на на­де­ле­ны боль­шой вла­стью, и, если они решат на­ру­шить пра­ви­ла ради лич­ной вы­го­ды, си­сте­ма может по­гру­зить­ся в хаос.

Чтобы ис­клю­чить такое раз­ви­тие со­бы­тий, в блок­чейне ис­поль­зу­ет­ся ме­ха­ни­ка тео­рии игр. Да­вай­те по­смот­рим на дру­гую од­но­ран­го­вую сеть, в ко­то­рой поль­зо­ва­те­лям ничто не ме­ша­ет пе­ре­кла­ды­вать на­груз­ку на дру­гих.

Речь о тор­рен­тах. При ис­поль­зо­ва­нии тор­рен­тов у поль­зо­ва­те­ля есть две роли: за­груз­ка и раз­да­ча — сна­ча­ла он за­гру­жа­ет фраг­мен­ты файла, а потом на­чи­на­ет его раз­да­вать. Но, по­сколь­ку за раз­да­чу не по­ло­же­но ни­ка­ко­го воз­на­граж­де­ния, часто бы­ва­ет, что участ­ни­ки сети от­ка­зы­ва­ют­ся раз­да­вать файлы. Более того, так ведет себя боль­шин­ство поль­зо­ва­те­лей — по­то­му что в си­сте­ме нет ни­ка­кой мо­де­ли на­ка­за­ния, как в блок­чейне.

Теория игр в приложении к криптовалютам

Как май­не­ры могут жуль­ни­чать?

• Они могут включить в блокчейн недействительную транзакцию и получить дополнительные монеты.

• Добавлять блоки случайным образом, не предъявляя доказательство работы.

• Майнить недопустимые блоки для получения дополнительных биткоинов.

• Майнить блоки с неоптимальной оценкой.

Давайте рассмотрим пример:

Зе­ле­ные блоки — это ос­нов­ной блок­чейн. Те­перь пред­по­ло­жим, что некий май­нер в зе­ле­ном блоке купил 500 лайт­ко­и­нов (LTC/USD) за 20 бит­ко­и­нов. И те­перь он хочет со­здать па­рал­лель­ную це­поч­ку с новым бло­ком 51 (крас­ным), где он такой тран­зак­ции ни­ко­гда не со­вер­шал. Итак, еще раз:

• В зеленом блоке 51 тратится 20 биткоинов в обмен на 500 лайткоинов.

• Создается новая цепочка (ветвление) от блока 50, и в альтернативном блоке 51 транзакции с лайткоином не было.

• Майнер оказывается владельцем и 20 биткоинов и 500 лайткоинов.

Здесь про­изо­шла так на­зы­ва­е­мая двой­ная трата. По­лу­ча­ет­ся, что те­перь май­нер тео­ре­ти­че­ски может про­дол­жать стро­и­тель­ство крас­ной це­поч­ки и двой­ные траты. Легко себе пред­ста­вить, что это быст­ро раз­ру­шит си­сте­му.

Так по­че­му же май­не­ры этого не де­ла­ют? По­то­му что они такие чест­ные и хо­ро­шие?

Нель­зя по­стро­ить си­сте­му на че­ло­ве­че­ских мо­раль­ных ка­че­ствах, ведь они не под­да­ют­ся ко­ли­че­ствен­ной оцен­ке. Имен­но в этом ге­ни­аль­ность блок­чей­на — он был спро­ек­ти­ро­ван как са­мо­огра­ни­чи­ва­ю­ще­е­ся рав­но­ве­сие Нэша. Дело в том, что май­нинг преду­смат­ри­ва­ет си­сте­му ре­кур­сив­ных на­ка­за­ний.

Равновесие Нэша в майнинге и система наказаний

• Если майнер создает недопустимый блок, другие не будут продолжать неверную цепочку, поскольку любой блок, добавляемый поверх недопустимого блока, становится недопустимым. Это правило предписывает майнерам просто игнорировать такой блок и продолжать зеленую цепочку из нашего примера.

• Аналогичное правило касается блоков с неоптимальной оценкой. Взгляните на иллюстрацию. Ни один майнер не захочет добавлять красный блок 52, потому что у зеленого блока 53 будет более высокая оценка (больше баллов).

Со­блю­де­ние обоих пра­вил обес­пе­чи­ва­ет­ся тем, что май­не­ры как груп­па вы­би­ра­ют наи­бо­лее ста­биль­ное со­сто­я­ние, то есть рав­но­ве­сие Нэша. Оче­вид­но, если все май­не­ры нач­нут май­нить крас­ные блоки, то это и будет новый блок­чейн, но ко­ли­че­ство май­не­ров на­столь­ко ве­ли­ко, что ско­ор­ди­ни­ро­вать по­доб­ное еди­но­ду­шие невоз­мож­но.

Как мы ви­де­ли, об­суж­дая про­бле­му ко­ор­ди­на­ции, если боль­шин­ство людей в груп­пе не ме­ня­ет со­сто­я­ние, у мень­шин­ства нет ни­ка­ких сти­му­лов под­дер­жи­вать из­ме­нен­ное со­сто­я­ние даль­ше. Зачем же май­не­ру тра­тить вы­чис­ли­тель­ные ре­сур­сы и рис­ко­вать изо­ля­ци­ей?

Что заставляет пользователей использовать основную, а не альтернативную цепочку?

Мы уже ви­де­ли, что за­став­ля­ет май­не­ров. А поль­зо­ва­те­лей? Ведь в нашей си­сте­ме два вида иг­ро­ков, май­не­ры и поль­зо­ва­те­ли. По­че­му же поль­зо­ва­те­ли пред­по­чи­та­ют зе­ле­ную а не крас­ную це­поч­ку? Дело опять в тео­рии игр.

• Ценность криптовалюте придают люди. Почему же обычный пользователь должен ценить монеты, генерируемые зеленой, а не красной цепочкой? Все просто: с точки зрения пользователей, основная цепочка — это точка Шеллинга.

• Вторая причина иллюстрируется принципом ограниченной рациональности. Мы помним, что люди склонны выбирать самое простое решение. Смена цепочки — это ненужное усложнение ситуации.

Проблема захвата доказательства работы

Давайте посмотрим на диаграмму.

Виталик Бутерин, создатель Ethereum, показал отличный пример проблемы захвата. Предположим, некто создаёт смарт-контракт на определенное действие. Условия контракта следующие:

• Любой майнер может присоединиться к этой деятельности, отправив в контракт очень большой депозит;

• Майнеры должны отправлять в контракт фрагменты частично созданных блоков, после чего контракт их проверяет и удостоверяет, что пославший является майнером и что у него есть достаточная хеш-мощность;

• Пока к контракту не присоединились 60% майнеров системы, из него можно в любой момент выйти;

• После того как 60% майнеров присоединятся, все майнеры будут связаны контрактом, пока к альтернативной (красной) цепочке не будут добавлены 20 блоков.

Мало того, что новая це­поч­ка ста­нет боль­ше и длин­нее, так как 60% всех май­не­ров свя­за­ны с ней кон­трак­том, — ста­рая це­поч­ка быст­ро ста­нет ни­ко­му не нужна, по­сколь­ку никто не готов будет нести двой­ные рас­хо­ды, и сто­и­мость ва­лю­ты будет быст­ро па­дать.

Вы мо­же­те спро­сить, по­че­му май­не­ры долж­ны при­со­еди­нить­ся к за­хва­ту?

Да­вай­те рас­смот­рим их сти­му­лы.

• Возможная награда в итоге

• Никакого риска в момент присоединения

Каков их сти­мул для вы­пол­не­ния кон­трак­та?

• Внесенный огромный депозит

• Возможность получить вознаграждение

Тео­ре­ти­че­ски такой за­хват может про­изой­ти с любой ва­лю­той, но на прак­ти­ке это очень ма­ло­ве­ро­ят­но... вы пра­виль­но до­га­да­лись, из-за тео­рии игр.

На помощь спешит вечная кара

Да­вай­те вспом­ним раз­го­вор о стра­те­гии веч­ной кары. Если царь убит, а трон узур­пи­ро­ван, нет ни­ка­ко­го по­во­да не убить но­во­го царя, и так до бес­ко­неч­но­сти. Един­ствен­ное, что можно сде­лать — не уби­вать пер­во­го царя.

Да­вай­те ис­поль­зу­ем по­доб­ную ло­ги­ку при­ме­ни­тель­но к блок­чей­ну. Если блок­чейн за­хва­ты­ва­ет­ся и уни­что­жа­ет­ся, а май­не­ры пе­ре­хо­дят к но­во­му блок­чей­ну, что ограж­да­ет его от но­во­го за­хва­та? Ни­че­го. То есть не стоит даже на­чи­нать. Од­на­ко есть си­ту­а­ции, где стра­те­гия веч­ной кары непри­ме­ни­ма:

• Если майнеры не привязаны к какой-то одной валюте.

• Если они работают в нескольких сетях, им проще сгруппироваться для захвата наиболее дешевой валюты. Если они привязаны к определенной валюте — в этом случае в их интересах поддерживать ее ценность и легитимность.

• Если для валюты требуются специализированные микросхемы (ASIC) — в этом случае майнеры будут заинтересованы в том, чтобы валюта не дешевела. Специализированный ASIC, «заточенный» под одну валюту, дорог, и при переходе к другой валюте станет бесполезен.

• Если валюту можно добывать на обычных компьютерах — обычные процессоры недороги, и их можно использовать для добычи других валют.

• Если майнеры, владеющие процессорами, также имеют какое-то количество валюты, стратегия работает, поскольку они не захотят терять свою долю валюты.

Выводы:

Как видите, блокчейн работает за счёт теории игр, и именно сплав технологий и игровых механик защищает систему от распада. И, даже если биткоин или эфир умрут, принцип работы криптовалют, основанный на этом союзе никуда не денется.

Источник: http://qoo.by/2ASY.