КЛАССИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНЗАКЦИЙ В СЕТИ БЛОКЧЕЙН

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается эволюция технологии блокчейн и связанные с ней проблемы, возникающие в связи с ростом требований к таким сетям, как Bitcoin и Ethereum. В первую очередь критикуются традиционные механизмы транзакций, основанные преимущественно на системе аукциона по первой цене, что приводит к непредсказуемым комиссионным ставкам и подверженности манипуляциям. Далее описываются инновационные варианты решений, направленные на изменение этих механизмов путем введения переменных размеров блоков и протокола сжигания комиссии, которые в совокупности призваны повысить справедливость и предсказуемость в рассматриваемых автором статьи сетях. Предлагаемые решения направлены на стабилизацию стоимости транзакций и снижение манипулятивных практик за счет изменения способа их подтверждения, а также интеграции в блокчейн.

Ключевые слова: блокчейн, эфириум, биткойн, механизм включения транзакций (TFM), комиссии за транзакции.

Базовая модель блокчейн-транзакций

Добавление блока в блокчейн — это сложный и важный процесс, обеспечивающий подтверждение и регистрацию транзакций в сети. В основе этого процесса лежит механизм доказательства выполненной работы (Proof of Work), который требует от майнеров решения комплексных криптографических задач. Сложность задач подобного рода регулируется системой таким образом, чтобы среднее время создания нового блока соответствовало определённому интервалу, например, в сети Биткоин один блок каждые 10 минут [3].

Майнер, находящий решение, получает право формировать блок, в котором он самостоятельно определяет, какие ожидающие транзакции будут включены и в каком порядке. Транзакция считается подтвержденной после того, как она включена в блок, и данный блок — добавлен в блокчейн. Таким образом, текущее состояние блокчейна представляет собой цепочку всех успешно выполненных и упорядоченных транзакций.

Система комиссий за транзакции является ключевой частью протокола, определяющего величину платежа, который создатель транзакции перечисляет за её подтверждение. Традиционно в крупнейших блокчейнах, таких как Bitcoin и Ethereum, каждый блок формировался на основе аукциона первой цены, где майнеры выбирали транзакции с наибольшей комиссией. Все собранные в таком аукционе средства переходили непосредственно к майнеру блока, стимулируя его отдавать предпочтение транзакциям с более высокой комиссией для максимизации собственной выгоды [2].

Модели включения транзакций (TFM)

Аукцион первой цены (FPA) и MMIC: в аукционе первой цены майнер включает транзакции с наивысшими ставками, что напрямую максимизирует его доход. Поскольку майнер взимает ставку, предложенную каждым плательщиком, нет стимула создавать поддельные транзакции, так как это не увеличивает его общий доход. Следовательно, FPA подходит под критерии MMIC, поскольку майнер максимизирует свой доход, не добавляя поддельные транзакции [4].

Аукцион второй цены (SPA) и дефицит MMIC: в аукционе второй цены майнер должен взимать ставку, равную второй по величине в пределах трех наивысших ставок, что может привести к уменьшению его доходов, если на местах с более высокими ставками окажутся поддельные транзакции. Как показано в приведенном примере, майнер может увеличить свой доход, создав фальшивую транзакцию с высокой ставкой, вытеснив настоящую с низкой ставкой, что позволит ему взимать более высокую комиссию со всех остальных включенных транзакций. Так, аукцион второй цены не соответствует критериям MMIC, поскольку майнер может увеличить свой доход за счет добавления поддельных транзакций [1].

Различия в структуре аукционов первой и второй цены выявляют их способность справляться с манипуляциями майнеров. Однако основной вывод средств состоит в том, что дизайн механизма должен учитывать потенциал манипулятивных действий и стремиться минимизировать возможность таких стратегий для поддержания честности и безопасности блокчейн-системы. Подходы, которые препятствуют созданию поддельных транзакций без ущерба для чистой прибыли майнеров, могут способствовать большей стабильности и предсказуемости в сети [3].

Соглашения вне цепочки (Off-Chain): еще одна особенность блокчейна – это риск внецепочечного сговора пользователей и майнеров. Опасность подобного рода не является гипотетической для платформы смарт-контрактов, такой как Ethereum, где внецепочечные рынки уже широко распространены на практике.

В OCA каждый создатель транзакции t соглашается отправить t со ставкой b в цепочке (on-chain) и перевести τt · st майнеру m вне цепочки (off-chain); майнер, в свою очередь, соглашается добыть блок, состоящий из согласованных транзакций t [6].

TFM (x,p,q) является OCA-доказательством, если для каждой H существует индивидуально рациональная стратегия торгов σH, такая, что для каждого возможного множества T невыполненных транзакций и оценок v, не существует OCA, при котором полезность каждого создателя транзакции и полезность майнера строго выше, чем в исходе Bk = x(H, M(σH(v))) при ставках σH(v) на цепочке и отсутствии трансферов вне цепочки.

Другими словами, если TFM не является OCA-доказательством, то возможна такая история блокчейна, что, независимо от того, какую индивидуально рациональную стратегию торгов используют пользователи, будут случаи, когда сговор вне цепи коллективно принесет выгоду майнеру и пользователям.

EIP-1559 вносит революционные изменения в механизм оплаты транзакций на платформе Ethereum, предложив систему, которая изменяет подход к транзакционным комиссиям и управлению вместимостью блоков. Этот предложенный механизм предусматривает не только адаптацию к текущему спросу на транзакции, но и введение сжигания части комиссий, что имеет долгосрочное воздействие на экономику Ethereum.

Ключевые аспекты EIP-1559:

1. Базовая плата за блок. Каждый блок теперь имеет базовую стоимость, которая автоматически регулируется сетью на основе предыдущего спроса на блочное пространство. Это обеспечивает стабильность и предсказуемость комиссий.

2. Не зависит от транзакций текущего блока. Уникальная особенность базовой платы заключается в том, что она определяется исключительно историческими данными, а не содержимым текущего блока.

3. Сжигание комиссий. Все собранные базовые платы сжигаются, что уменьшает общее количество в обороте, находящихся ETH, и потенциально увеличивает его стоимость [5].

Дополнительные механизмы управления размером блоков:

• EIP-1559 предлагает переход от жесткого ограничения размера блока к более гибкой системе, где средний размер блока поддерживается на определенном уровне, но при этом возможны кратковременные колебания в зависимости от текущего спроса на транзакции.

1. Чаевые. Добавление чаевых позволяет пользователям стимулировать майнеров для более быстрой обработки их транзакций, особенно в периоды внезапного спроса.

2. Предельная комиссия. Определение максимального размера комиссии оберегает пользователей от чрезвычайно высоких комиссий в моменты спайка спроса.

3. Распределение платежей. Плательщики теперь оплачивают только минимально необходимую сумму, состоящую из базовой платы и чаевых, что делает систему более справедливой и эффективной [10].

Заключение

В данной статье была предпринята попытка проанализировать и классифицировать модели включения транзакций (TFM) в сети блокчейн, подчеркнув их влияние на справедливость для пользователей и прибыльность для майнеров. Исследование автора статьи глубоко осветило несколько важнейших аспектов технологии блокчейн, уделив особое внимание процессу упорядочивания транзакций и его последствиям для различных заинтересованных сторон в системе.

Ключевые выводы:

1. Влияние формализации упорядочивания транзакций. Анализ, проведенный в рамках настоящей статьи, показал, что упорядочивание транзакций может существенно повлиять на их внутреннюю ценность и общую полезность для участников сети. Данное исследование не только способствовало более глубокому пониманию операционной динамики в блокчейн-системах, но и показало, как дизайн TFM оказывает решающее влияние на подобную динамику.

2. Выявление проблем, существующих TFM. Результаты анализа показывают, что нет детерминированных TFM, способных удовлетворить все критерии безопасности и справедливости. Это подчеркивает необходимость дальнейшего развития в рассматриваемой автором области и поиск новых подходов к дизайну TFM.

3. Оценка EIP-1559. Среди различных проанализированных моделей EIP-1559 оказался наиболее универсальным решением, подходящим для широкого спектра приложений. Тем не менее, в исследовании также признается, что другие подходы могут быть более подходящими в специализированных случаях использования с учетом их ограничений.

Таким образом, результаты данного исследования могут быть использованы для совершенствования механизмов обработки транзакций и повышения эффективности блокчейн-платформ, что актуально как в контексте индустриального, так и академического интереса к теме распределенных реестров. Исходя из анализа, можно будет предложить рекомендации по улучшению существующих механизмов включения транзакций, что сделает блокчейн-системы более устойчивыми, безопасными и доступными для широкого круга пользователей.

Список литературы:

1. Андреас М. Антонопулос. Овладение биткойном. — СПб., Питер, 2014. — 298 с.
2. Равал С. Децентрализованные приложение — Технология Blockchain в действии" — СПб., Питер, 2017. — 191 с.
3. Свэн М. Блокчейн: сценарий новой экономики. — М., Наука, 2015. — 153 с.
4. Basu S., Easley D., O’Hara M., Sirer E.G. Stablefees: A predictable fee market for cryptocurrencies // Management Science. – 2023. – Vol. 69(11). – Pp. 6508-6524.
5. Basu S., Easley D.A., O’Hara M., Sirer E.G. Towards a functional fee market for cryptocurrencies // CoRR abs/1901.06830 – 2019. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://arxiv.org/abs/1901. 06830 (дата обращения: 22.08.2024).
6. Chung H., Shi E. Foundations of Transaction Fee Mechanism Design. Pp. 3856– 3899 – 2023. https://doi.org/10.1137/1.9781611977554.ch150 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://epubs. siam.org/doi/abs/10.1137/1.9781611977554.ch150 (дата обращения: 22.08.2024).
7. Crypto total market cap 2010-2022 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.statista.com/statistics/ 730876/cryptocurrency-maket-value/, accessed: 2022-2-1 (дата обращения: 21.08.2024).
8. Daian P., Goldfeder S., Kell T., Li Y., Zhao X., Bentov I., Breidenbach L., Juels, A.: Flash boys 2.0: Frontrunning in decentralized exchanges, miner extractable value, and consensus instability // IEEE Symposium on Security and Privacy (SP). – 2020. – Pp. 910–927. https://doi.org/10.1109/SP40000.2020.00040
9. Eskandari S., Moosavi S., Clark J. Sok: Transparent dishonesty: Front-running attacks on blockchain // Financial Cryptography and Data Security. – 2020. – Pp. 170–189. – Springer International Publishing, Cham.
10. Lavi R., Sattath O., Zohar A.: Redesigning bitcoin’s fee market // ACM Transactions on Economics and Computation. – Vol. 10 (1). – 2022. https://doi.org/10.1145/3530799, https://doi. org/10.1145/3530799