Биткоин: дерево байтов

Блокчейн – действительно чудесная технология. Механизм для упорядочения цифровой информации по времени без необходимости зависеть от централизованного оператора. Децентрализованный механизм без ответственного лица, обеспечивающий неоспоримые криптографические гарантии того, какие данные и в каком порядке были добавлены в реестр. Это свойство является единственной причиной, по которой Биткоин полезен как форма цифровых денег: без него система вообще не могла бы функционировать без централизованного управления.

Все эти гарантии обеспечиваются тремя простыми техническими блоками: криптографией с закрытым/открытым ключом, деревьями Меркла и алгоритмами хеширования. Каждый блок Биткоина – это просто дополнительные необходимые данные, окружающие корень дерева Меркла всех транзакций в нем. Остальная часть заголовка включает в себя такие данные, как метка времени, целевая сложность, версия блока, хеш предыдущего блока в цепочке и случайный одноразовый номер, используемый при хешировании головы в поисках достаточного количества ведущих нулей.

Криптографические обязательства, публикация и проверка

Майнеры на самом деле не хешируют весь блок, и им это не нужно из-за того, как работает дерево Меркла. Каждый фрагмент данных в дереве Меркла хешируется, а затем каждая пара единиц данных хешируется вверх, пока не будет получен единый хеш корня Меркла. Просто путем майнинга над заголовком, который включает в себя этот единственный хэш, майнеры могут вне всякого сомнения доказать, что все транзакции в блоке были частью добытого ими блока и что он указывал на один предыдущий блок с определенным набором предыдущих транзакций и так далее. Аналогичным образом, когда люди подписывают биткоин-транзакции, они не подписывают необработанные байты фактической транзакции, они подписывают их хеш. Это одно и то же с точки зрения криптографии.

То, как работают криптографические обязательства в сочетании с доказательством работы, является гарантией линейного представления о том, что и в каком порядке было криптографически зафиксировано. Это вся основа Биткоина: доказательство работы, создающее материальные затраты на добавление в эту цепочку и использующее его для упорядочивания всех фактических данных (транзакций), которые необходимо выполнить, чтобы полностью убедиться в том, что не произошло никаких странных событий. Будучи майнером, вы не можете «майнить» два разных блока Биткоина одновременно, а также не можете подделывать цифровые подписи или нарушать хеш-функции.

Все функционирование сети Биткоина можно свести по существу к двум вещам: передаче информации и публикации этой информации для проверки. Биткоин предоставляет две гарантии с точки зрения данных, относящихся к протоколу: что отдельные транзакции были правильно зафиксированы с помощью правильных подписей и других данных-свидетелей, и что блоки групповых транзакций были зафиксированы с помощью соответствующего объема работы.

Именно это придает ценность Биткоину как сети и системе; обязательства гарантируют использование криптографии и термодинамики и их публикацию, чтобы каждый желающий имел возможность проверки. Без надежности обязательств и публичного распространения этих обязательств он был бы бесполезен в качестве ненадежных денег.

Эти свойства обязательств, публикации и проверки ценны далеко за пределами сценария использования денег. Движение денег не является единственным типом информации, которая может приобрести ценность благодаря криптографическим и термодинамическим данным о том, когда она была создана (или самый ранний момент ее появления) и когда ее существование стало известно миру. JPEG показали, что люди ценят даже эту бессмысленную произвольную информацию, но в этом мире есть информация, гораздо более ценная, чем JPEG.

Плотность информации

При совершении биткоин-транзакций нужно платить за блочное пространство, и стоимость этого пространства оценивается в байтах. За каждый байт пространства, которое вы занимаете в блоке, вам приходится конкурировать с каждым человеком, пытающимся использовать это пространство, в оплате текущей рыночной ставки. Любой человек всегда может просто заплатить больше и повысить эту ставку. Это дает более плотной информации конкурентное преимущество при попытке включения в блок. Если плотность информации очень высока, то есть необходимое количество байтов очень мало, вы можете использовать это блочное пространство, заплатив меньшую комиссию в абсолютном выражении, чем кто-то с менее плотной информацией.

Использование пространства блоков для передачи экономической ценности – одна из самых плотных форм информации, которая может быть включена в блок. Так будет всегда, и, несмотря на всю драму и волнения по поводу превращения Биткоина в Ethereum, это гарантирует, что основным вариантом использования Биткоина останется передача экономической ценности. Это просто наиболее конкурентоспособное использование системы с точки зрения плотности информации.

Однако это не означает, что это будет единственное использование Биткоина. Если Биткоин действительно добьется успеха, нынешнее рыночное безумие и активность вокруг Ordinals и записей прекратятся. Заниматься такими вещами, как стоимость блокчейн-пространства, для частных лиц с низким уровнем дохода будет нерентабельно, а по мере роста комиссий эта динамика будет усугубляться до тех пор, пока вариант использования не будет доступен только для чрезвычайно богатых людей. Возможно, однажды национальные государства начнут вносить записи изображений или данных в память о важных исторических событиях, но в будущем пользователи из среднего класса не смогут вносить записи в формате JPEG, как какие-то коллекционные карты.

Им придется либо перестать этим заниматься, либо перенести свою деятельность в другое место.

Отсутствие ограничений на размер блока

Деревья Меркла волшебны. Они могут быть бесконечно большими, и все, что нужно, чтобы доказать, что часть данных является частью одного целого, – это корневой хеш, с другими хешами внутри дерева вплоть до фактического фрагмента данных. Криптографическая магия. Единственная причина, по которой размер деревьев Меркла в блоке Биткоина ограничен, заключается в том, что пользователям необходимо проверять содержимое всего блока, чтобы гарантировать, что каждая транзакция внутри него действительна. Проверяемость в блоке является неотъемлемой частью функционирования Биткоина как системы.

Вы можете вставить хеш внутрь отдельной биткоин-транзакции, а это означает, что благодаря магии деревьев Меркла не существует такого понятия, как ограничение размера блока, если говорить о том, как биткоин-блокчейн фиксирует данные, выходящие за рамки самих биткоин-транзакций. Точно так же, как небольшой заголовок блока фиксирует каждую транзакцию в блоке с помощью одного хеша, сама транзакция Биткоина может фиксироваться в огромном дереве Меркла, состоящем из внушительных объемов данных. Раньше это проделывалось со всем содержимым Интернет-архива.

Ранее я говорил, что передача экономической ценности – это одна из самых плотных форм данных, которые могут использовать пространство блоков Биткоина. Один из, но не самый плотный. Это связано с метками времени общего назначения. Одна транзакция с одним встроенным в нее хешем может поставить метку по времени буквально бесконечному объему данных, на 100% доказывая, что они существовали, когда этот блок был добыт. Ни один другой вариант использования блочного пространства н может быть более плотным в информационном отношении, чем этот.

Поскольку все в этом дереве Меркла, которое фиксирует транзакция, не имеет ничего общего с транзакциями Биткоина, а также независимо от того, являются ли они действительными, ограничение размера блока может полностью игнорироваться. С другой стороны, оно также не может полагаться на сеть Биткоина в фактическом распространении самой опубликованной информации, но это не является критической проблемой в эпоху цифровых технологий.

Использование деревьев

Сам Сатоши в недавно опубликованных электронных письмах с Марти Малми обсуждал использование Биткоина в качестве универсального инструмента для меток времени. Это то, что делают многие люди с момента появления Биткоина. Старые проекты, такие как Wall of Eternity, позволяли платить за внесение сообщений в блокчейн. Люди объявляли о свадьбах, рождении детей, а также о других гораздо более примитивных вещах, используя OP_RETURN в блокчейне уже более десяти лет. Это позволяет объединить функции фиксации и публикации, но невероятно неэффективно с точки зрения использования пространства блоков.

Opentimestamps

Opentimestamps (OTS) – прекрасный пример масштабируемого механизма, облегчающего, по крайней мере, аспект фиксации меток по времени. Публикация данных (а также их фиксация в форме доказательства Меркла) полностью возлагается на пользователя, устанавливающего метку информации, но фактическая фиксация метки обрабатывается сервером календаря OTS. Когда пользователи отправляют документы или файлы на сервер, он объединяет их в неупорядоченное дерево Меркла, продолжая агрегировать все хеши отдельных файлов пользователей в одно дерево до тех пор, пока не проведет периодическую ончейн-транзакцию, которая включает текущий корневой хеш всего дерева.

Как показывает приведенная выше демонстрация, это может иметь огромную ценность как полезность. Теперь, когда весь Интернет-архив по состоянию на 2017 год имеет метку по времени с использованием OTS, термодинамически невозможно изменить содержимое чего-либо, содержащегося в этом архиве, таким образом, чтобы его нельзя было обнаружить. Централизованные хранилища информации, такие как Интернет-архив, исторически функционировали как своего рода оракул. Они дублируют и копируют состояние различных страниц или информации, и мы доверяем им, когда они говорят: «Вот как эта информация выглядела на тот момент».

При правильной интеграции Opentimestamps эти хранилища никогда больше не будут доверенной стороной. Они будут просто хостом, который хранит саму информацию вместе с доказательством Меркла, и это само по себе докажет, что информация, которую они вам показывают, существовала в этой форме примерно в то время, когда они утверждают. Историческое состояние произвольной информации, термодинамически обеспеченное Биткоином.

Mainstay

Любой, кто хотя бы отдаленно знаком с метками времени, знает, что у OTS есть одна серьезная проблема: можно отмечать столько угодно конфликтующих вещей и показать только одну из них постфактум. Для многих случаев использования, которые сводятся к необходимости доказать существование части данных в определенное время, эта деталь не имеет значения, но для других она важна.

Если нужно доказать, что часть данных была кем-то подписана, скажем, корпоративный документ был подписан закрытым ключом руководителя, не имеет значения, подписал ли он одновременно этим ключом другие (даже конфликтующие) документы. Все, что нужно сделать, это доказать, что он подписал один конкретный документ. OTS отлично подходит для этого. Но представьте себе ситуацию, когда кто-то хочет подтвердить файл и доказать, что «официально» он подтвердил только этот файл, а не какие-либо другие.

Mainstay – это вариант Opentimestamps, который решает эту проблему. Вместо полностью неупорядоченного дерева Меркла он организован таким образом, что у каждого пользователя есть определенный «слот» в дереве, где он может зафиксировать данные. Хотя это и не мешает людям в целом фиксировать другие конфликтующие данные, при использовании дерева Mainstay они могут публично использовать идентифицируемый слот в качестве своей «официальной» записи. Любой, кто проверяет такие записи, может затем игнорировать или не считать законным слот с доказательством Меркла, расположенный в любой другой части дерева.

Параконсенсусные системы

Базовую концепцию Mainstay можно расширить еще больше, чтобы создать параконсенсусные системы, работающие поверх Биткоина. Самым известным примером является Stacks. Зафиксировав корень Меркла произвольных данных упорядоченным/идентифицируемым способом и опубликовав эту информацию где-то еще, чтобы ее можно было проверить на соответствие произвольным правилам, можно построить совершенно новую систему консенсуса, привязавшись к блокчейну Биткоина.

Биткоину это не обязательно должно быть известно. Из-за этого факта информация, которая является недействительной по консенсусу для параконсенсусной системы, может быть принята Биткоином и опубликована вне диапазона, но участники этой параконсенсусной системы могут просто игнорировать ее и ждать следующей фиксации по достоверным данным в их системе. Это может позволить информационной плотности других экономических активов соответствовать плотности произвольных временных меток данных.

Это нежелательно, но этот процесс не остановить.

Другие варианты использования

Хотя токены, такие как Stacks, на мой взгляд, являются довольно бессмысленным способом расширения Биткоина, некоторые «активы», которые не являются строго денежными, на самом деле имеют очень разумные варианты использования и могут применять метки по времени. Доменные имена и пространства имен в целом едины. Все наше взаимодействие с Интернетом контролируется DNS – централизованной и надежной системой. Когда вы вводите www.google.com, иерархия серверов сообщает вашему компьютеру, к какому фактическому IP-адресу следует подключиться. Эти серверы могут произвольно перенаправить вас куда угодно, они могут запретить доступ к домену, они могут отозвать домены, они имеют полный контроль над теми «направлениями», которым следует каждый компьютер.

Открытая и децентрализованная система DNS, работающая поверх Биткоина, может решить эти проблемы. Вместо органа, предоставляющего доступ к домену, любой человек может самостоятельно зарегистрироваться и зафиксировать «имя», привязанное к криптографическому ключу. Программное обеспечение может находить опубликованные обязательства по таким данным и, доверяя первым записям, что они являются «владельцами» домена, получать указания к нужному серверу для подключения из системы, которая является открытой, децентрализованной и криптографически проверяемой.

Карта пространства и времени

Все зациклены на использовании Биткоина в качестве денег, и это правильно: это основная функциональность протокола и сети. Экономические стимулы его использования в качестве денег, являются основой того, что обеспечивает его безопасность и функционирование; Биткоин не мог бы существовать без этого аспекта. Без него он выйдет из строя.

Но Биткоин – это гораздо больше, чем просто денежная система. Это распределенная система меток по времени с децентрализованной сетью для публикации всего, что принимает система. Это термодинамически гарантированная карта цифровых данных в пространстве и времени. Она бесконечно расширяема. Ограничение размера блока регулирует максимальный размер биткоин-транзакций, которые могут быть зафиксированы за раз, но у него нет абсолютно никаких полномочий ограничивать любые другие типы данных, которые может фиксировать блокчейн.

Биткоин – это термодинамически управляемая черная дыра цифровой эпохи, и он поглотит каждый байт информации в свои деревья Меркла, которые каким-либо образом могут извлечь выгоду из предоставляемых им криптографических гарантий. Биткоин – это не просто деньги, и сколько бы раз люди ни повторяли, что это только деньги и ничего больше, это никогда не будет правдой.

Биткоин – цифровой монстр, и он поглотит все.