Тело запроса должно содержать следующий параметр: «состояние».
xBORDER БЕЛАЯ БУМАГА 2019

История
xBORDER как система государственного перехода
Майнинг в общем
Деревья Меркла
Альтернативные приложения блокчейна
Скрипты xBORDER
BLOCKCNX
Философия
Аккаунты xBORDER
Сообщения и транзакции
Сообщения
Функция перехода состояния xBORDER
Выполнение кода
xBORDER и майнинг
Приложения
Системы токенов
Производные финансовые инструменты и валюты со стабильной стоимостью
Системы идентификации и репутации
Децентрализованное хранилище файлов
Децентрализованные автономные организации
Дополнительные приложения
Разное и проблемы
Модифицированная реализация GHOST
Сборы
Вычисление и полнота по Тьюрингу
Валюта и эмиссия
Централизация майнинга
Масштабируемость
Вывод
Примечания и дополнительная литература
Примечания
Дальнейшее чтение
Введение в Биткойн и существующие концепции

Концепция децентрализованной цифровой валюты, а также альтернативные приложения, такие как реестры собственности, существуют уже несколько десятилетий. Протоколы анонимных электронных денег 1980-х и 1990-х годов, в основном основанные на криптографическом примитиве, известном как ослепление по Чауму, обеспечивали валюту с высокой степенью конфиденциальности, но эти протоколы в значительной степени не получили распространения из-за их зависимости от централизованного посредника. . В 1998 году b-money Вэй Дая стал первым предложением, представившим идею создания денег путем решения вычислительных головоломок, а также децентрализованного консенсуса, но в этом предложении было мало подробностей относительно того, как на самом деле может быть реализован децентрализованный консенсус. В 2005 году Хэл Финни представил концепцию многоразовых доказательств работы, систему, которая использует идеи b-money вместе с вычислительно сложными головоломками Hashcash Адама Бэка для создания концепции криптовалюты, но снова не достигла идеала, полагаясь на доверенные вычисления в качестве серверной части. В 2009 году Сатоши Накамото впервые на практике внедрил децентрализованную валюту, объединив установленные примитивы для управления владением посредством криптографии с открытым ключом с алгоритмом консенсуса для отслеживания того, кто владеет монетами, известным как «доказательство работы».

Механизм xBORDER, лежащий в основе доказательства работы, стал прорывом в этой области, потому что он одновременно решил две проблемы. Во-первых, он предоставил простой и умеренно эффективный алгоритм консенсуса, позволяющий узлам в сети коллективно согласовывать набор канонических обновлений состояния криптографической книги. Во-вторых, он предоставил механизм, позволяющий свободно входить в процесс консенсуса, решая политическую проблему определения того, кто может влиять на консенсус, одновременно предотвращая атаки сивилл. Он делает это, заменяя формальный барьер для участия, такой как требование быть зарегистрированным в качестве уникального объекта в определенном списке, экономическим барьером — вес одного узла в процессе консенсусного голосования прямо пропорционален вычислительной мощности. что узел приносит. С тех пор был предложен альтернативный подход, называемый доказательством доли, при котором вес узла рассчитывается как пропорциональный его валютным запасам, а не вычислительным ресурсам; обсуждение относительных достоинств двух подходов выходит за рамки этой статьи, но следует отметить, что оба подхода могут использоваться в качестве основы криптовалюты.

​

Питер Олденбургер, основатель xBORDER, написал следующее сообщение в блоге:

​

​

Крипто как система перехода состояний 
Регистр криптовалюты, такой как Crypto, можно рассматривать как систему перехода состояний, в которой есть «состояние», состоящее из статуса владения всеми существующими Cryptos, и «функция перехода состояния», которая принимает состояние и транзакцию. и выводит новое состояние, которое является результатом. В стандартной банковской системе, например, состояние — это баланс, транзакция — это запрос на перемещение $X из A в B, а функция перехода состояния уменьшает значение на счете A на $X и увеличивает значение на счете B. аккаунт на $X. Если на учетной записи А меньше $X, функция перехода состояния возвращает ошибку. Таким образом, можно формально определить:

ПРИМЕНИТЬ(S,TX) -> S' или ОШИБКА
APPLY({ Алиса: 50 долларов, Боб: 50 долларов }, "отправить 20 долларов от Алисы Бобу") = { Алиса: 30 долларов, Боб: 70 долларов }
APPLY({ Алиса: 50 долларов, Боб: 50 долларов }, "отправить 70 долларов от Алисы Бобу") = ОШИБКА
«Состояние» в криптографии — это совокупность всех монет (технически, «неизрасходованные выходы транзакций» или UTXO), которые были добыты и еще не потрачены, при этом каждый UTXO имеет номинал и владельца (определяется 20-байтовым адресом). который по сути является криптографическим открытым ключом (см. 1). Транзакция содержит один или несколько входов, каждый из которых содержит ссылку на существующий UTXO и криптографическую подпись, созданную закрытым ключом, связанным с адресом владельца, и один или несколько выходов, каждый из которых содержит новый UTXO, который нужно добавить к штат.

Функция перехода состояния APPLY(S,TX) -> S' может быть определена примерно следующим образом:

Для каждого входа в TX:

Если указанный UTXO не находится в S, вернуть ошибку.
Если предоставленная подпись не соответствует владельцу UTXO, вернуть ошибку.
Если сумма номиналов всех входных UTXO меньше суммы номиналов всех выходных UTXO, вернуть ошибку.

Возврат S' с удалением всех входных UTXO и добавлением всех выходных UTXO.

Первая половина первого шага не позволяет отправителям транзакций тратить несуществующие монеты, вторая половина первого шага не позволяет отправителям транзакций тратить чужие монеты, а второй шаг обеспечивает сохранение ценности. Чтобы использовать это для оплаты, протокол выглядит следующим образом. Предположим, Алиса хочет отправить Бобу 11,7 BTC. Во-первых, Алиса будет искать набор доступных UTXO, которыми она владеет, на общую сумму не менее 11,7 BTC. Реально Алиса не сможет получить ровно 11,7 BTC; скажем, что самое маленькое, что она может получить, это 6+4+2=12. Затем она создает транзакцию с этими тремя входами и двумя выходами. Первым выходом будет 11,7 BTC с адресом Боба в качестве его владельца, а вторым выходом будет оставшаяся 0,3 BTC «сдача», владельцем которой будет сама Алиса.

Добыча
блок_картинка.jpg

Если бы у нас был доступ к надежной централизованной службе, реализовать эту систему было бы просто; его можно просто закодировать точно так, как описано, используя жесткий диск централизованного сервера для отслеживания состояния. Однако с Crypto мы пытаемся построить децентрализованную валютную систему, поэтому нам нужно будет объединить систему перехода состояний с системой консенсуса, чтобы гарантировать, что все согласны с порядком транзакций. децентрализованный процесс консенсуса Crypto требует, чтобы узлы в сети постоянно пытались создавать пакеты транзакций, называемые «блоками». Сеть предназначена для создания примерно одного блока каждые десять минут, причем каждый блок содержит отметку времени, одноразовый номер, ссылку (т. е. хэш) на предыдущий блок и список всех транзакций, которые произошли с момента предыдущего. блокировать. Со временем это создает постоянный, постоянно растущий «блокчейн», который постоянно обновляется, чтобы представлять последнее состояние реестра Crypto.

Алгоритм проверки правильности блока, выраженный в этой парадигме, выглядит следующим образом:

Проверьте, существует ли предыдущий блок, на который ссылается блок, и является ли он действительным.
Убедитесь, что временная метка блока больше, чем у предыдущего блокаfn. 2 и менее 2 часов в будущем
Убедитесь, что доказательство работы над блоком действительно.
Пусть S[0] будет состоянием в конце предыдущего блока.
Предположим, TX — это список транзакций блока с n транзакциями. Для всех i в диапазоне 0...n-1 установите S[i+1] = APPLY(S[i],TX[i]). Если какое-либо приложение возвращает ошибку, выйдите и верните false.
Возвратите true и зарегистрируйте S[n] как состояние в конце этого блока.
По сути, каждая транзакция в блоке должна обеспечивать допустимый переход состояния из канонического состояния до выполнения транзакции в какое-то новое состояние. Обратите внимание, что состояние никак не кодируется в блоке; это чисто абстракция, которую должен помнить проверяющий узел, и ее можно (безопасно) вычислить для любого блока, только начиная с исходного состояния и последовательно применяя каждую транзакцию в каждом блоке. Кроме того, обратите внимание, что порядок, в котором майнер включает транзакции в блок, имеет значение; если в блоке есть две транзакции A и B, так что B тратит UTXO, созданный A, то блок будет действительным, если A предшествует B, но не в противном случае.

Единственное условие действительности, представленное в приведенном выше списке, которого нет в других системах, - это требование «доказательства работы». Точное условие состоит в том, что хэш с двойным SHA256 каждого блока, рассматриваемый как 256-битное число, должен быть меньше динамически скорректированного целевого значения, которое на момент написания этой статьи составляет приблизительно 2187. Цель этого состоит в том, чтобы сделать создание блока вычислительно «жестко», тем самым не позволяя злоумышленникам переделывать всю цепочку блоков в свою пользу. Поскольку SHA256 разработан как полностью непредсказуемая псевдослучайная функция, единственный способ создать допустимый блок — это просто метод проб и ошибок, многократно увеличивающий одноразовый номер и проверяющий, совпадает ли новый хэш.

При текущей цели ~ 2187 сеть должна сделать в среднем ~ 269 попыток, прежде чем будет найден действительный блок; как правило, цель перекалибруется сетью каждые 2016 блоков, так что в среднем новый блок создается каким-либо узлом в сети каждые десять минут. Чтобы компенсировать майнерам эту вычислительную работу, майнер каждого блока имеет право включить транзакцию, дающую себе 12,5 BTC из ниоткуда. Кроме того, если какая-либо транзакция имеет более высокий общий номинал на входах, чем на выходах, разница также переходит к майнеру в качестве «комиссии за транзакцию». Кстати, это также единственный механизм выпуска BTC; исходное состояние вообще не содержало монет.

Чтобы лучше понять цель майнинга, давайте рассмотрим, что происходит в случае атаки злоумышленника. Поскольку базовая криптография Crypto известна как безопасная, злоумышленник нацелится на одну часть системы Биткойн, которая не защищена криптографией напрямую: порядок транзакций. Стратегия злоумышленника проста:

Отправьте 100 BTC продавцу в обмен на какой-либо товар (предпочтительно цифровой товар с быстрой доставкой)
Дождитесь доставки товара
Произвести еще одну транзакцию, отправив себе те же 100 BTC
Попытайтесь убедить сеть, что его транзакция с самим собой была первой.
После выполнения шага (1) через несколько минут какой-нибудь майнер включит транзакцию в блок, скажем, блок номер 270. Примерно через час после этого блока в цепочку добавятся еще пять блоков, каждый из которых те блоки, которые косвенно указывают на транзакцию и таким образом «подтверждают» ее. В этот момент продавец примет платеж как окончательный и доставит товар; поскольку мы предполагаем, что это цифровой товар, доставка осуществляется мгновенно. Теперь злоумышленник создает еще одну транзакцию, отправляя 100 BTC себе. Если злоумышленник просто выпустит его на волю, транзакция не будет обработана; майнеры попытаются запустить APPLY(S,TX) и заметят, что TX потребляет UTXO, который больше не находится в состоянии. Поэтому вместо этого злоумышленник создает «форк» блокчейна, начиная с майнинга другой версии блока 270, указывающей на тот же блок 269 в качестве родителя, но с новой транзакцией вместо старой. Поскольку данные блока отличаются, это требует повторного подтверждения работы. Кроме того, новая версия блока 270 злоумышленника имеет другой хэш, поэтому исходные блоки с 271 по 275 не «указывают» на него; таким образом, исходная цепочка и новая цепочка злоумышленника полностью разделены. Правило состоит в том, что в форке самая длинная цепочка блоков принимается за правду, поэтому законные майнеры будут работать с цепочкой 275, в то время как злоумышленник работает только с цепочкой 270. Чтобы злоумышленник мог сделать свой блокчейн самым длинным, ему потребуется больше вычислительной мощности, чем остальная часть сети вместе взятых, чтобы наверстать упущенное (отсюда и «атака 51%).

Деревья Меркла
SPV в криптовалюте

Слева: достаточно представить лишь небольшое количество узлов в дереве Меркла, чтобы получить доказательство правильности ветви.

Правильно: любая попытка изменить любую часть дерева Меркла в конечном итоге приведет к несоответствию где-то вверх по цепочке.

Важной функцией масштабируемости Crypto является то, что блок хранится в многоуровневой структуре данных. «Хеш» блока на самом деле является только хэшем заголовка блока, примерно 200-байтовым фрагментом данных, который содержит метку времени, одноразовый номер, хеш предыдущего блока и корневой хэш структуры данных, называемой деревом Меркла, хранящей все транзакции. в блоке. Дерево Меркла — это тип двоичного дерева, состоящего из набора узлов с большим количеством листовых узлов в нижней части дерева, содержащего базовые данные, набора промежуточных узлов, где каждый узел является хэшем двух его дочерних элементов. и, наконец, единственный корневой узел, также образованный из хэша двух его дочерних элементов, представляющий «верхушку» дерева. Цель дерева Меркла состоит в том, чтобы позволить доставлять данные в блоке по частям: узел может загрузить только заголовок блока из одного источника, небольшую часть дерева, относящуюся к ним, из другого источника, и при этом быть уверенным что все данные верны. Причина, по которой это работает, заключается в том, что хэши распространяются вверх: если злоумышленник попытается подменить поддельную транзакцию в нижней части дерева Меркла, это изменение вызовет изменение узла выше, а затем изменение узла выше этого. , наконец, изменив корень дерева и, следовательно, хэш блока, заставив протокол зарегистрировать его как совершенно другой блок (почти наверняка с недопустимым доказательством работы).

Протокол дерева Меркла, возможно, необходим для долгосрочной устойчивости. «Полный узел» в сети Crypto, который хранит и обрабатывает весь каждый блок, занимает около 15 ГБ дискового пространства в сети Биткойн по состоянию на апрель 2014 года и увеличивается более чем на гигабайт в месяц. В настоящее время это возможно для некоторых настольных компьютеров, а не для телефонов, и позже в будущем участвовать смогут только предприятия и любители. Протокол, известный как «упрощенная проверка платежей» (SPV), допускает существование другого класса узлов, называемых «легкими узлами», которые загружают заголовки блоков, проверяют подтверждение работы над заголовками блоков, а затем загружают только «ветки». связанные с транзакциями, которые имеют к ним отношение. Это позволяет легким узлам с надежной гарантией безопасности определять статус любой биткойн-транзакции и их текущий баланс, загружая лишь очень небольшую часть всей цепочки блоков.

Альтернативные приложения блокчейна
Идея взять базовую идею блокчейна и применить ее к другим концепциям также имеет долгую историю. В 1998 году Ник Сабо выступил с концепцией защищенных прав собственности с полномочиями владельца, документ, описывающий, как «новые достижения в технологии реплицированных баз данных» позволят создать основанную на блокчейне систему для хранения реестра того, кто владеет какой землей, создавая сложная структура, включающая такие понятия, как приусадебное владение, неправомерное владение и земельный налог в Грузии. Однако, к сожалению, в то время не было эффективной системы реплицированных баз данных, поэтому протокол так и не был реализован на практике. Однако после 2009 года, когда был разработан децентрализованный консенсус Биткойн, быстро начал появляться ряд альтернативных приложений.

Namecoin — созданная в 2010 году, Namecoin лучше всего описывается как децентрализованная база данных регистрации имен. В децентрализованных протоколах, таких как Tor, Bitcoin и BitMessage, должен быть какой-то способ идентификации учетных записей, чтобы другие люди могли с ними взаимодействовать, но во всех существующих решениях единственным доступным типом идентификатора является псевдослучайный хэш, такой как 1LW79wp5ZBqaHW1jL5TCiBCrhQYtHagUWy. В идеале хотелось бы иметь учетную запись с именем вроде «george». Однако проблема в том, что если один человек может создать учетную запись с именем «джордж», то кто-то другой может использовать тот же процесс, чтобы зарегистрировать «джордж» для себя и выдать себя за него. Единственным решением является парадигма «первым к файлу», когда первый регистратор преуспевает, а второй терпит неудачу — проблема, идеально подходящая для консенсусного протокола Биткойн. Namecoin — старейшая и наиболее успешная реализация системы регистрации имен, использующая такую идею.
Цветные монеты — цель цветных монет — служить протоколом, позволяющим людям создавать свои собственные цифровые валюты — или, в важном тривиальном случае валюты с одной единицей, цифровые токены в блокчейне Биткойн. В протоколе цветных монет кто-то «выпускает» новую валюту, публично назначая цвет конкретному UTXO Биткойн, а протокол рекурсивно определяет цвет других UTXO таким же, как цвет входов, которые потратила транзакция, создавшая их. (некоторые специальные правила применяются в случае ввода смешанных цветов). Это позволяет пользователям поддерживать кошельки, содержащие только UTXO определенного цвета, и отправлять их так же, как обычные биткойны, просматривая блокчейн, чтобы определить цвет любого UTXO, который они получают.
Метакойны. Идея метакойн состоит в том, чтобы иметь протокол, который работает поверх Биткойна, используя транзакции Биткойн для хранения транзакций метакойнов, но с другой функцией перехода состояния, APPLY. Поскольку протокол метакойнов не может предотвратить появление недействительных транзакций метакойнов в цепочке блоков биткойнов, добавлено правило, согласно которому, если APPLY'(S,TX) возвращает ошибку, протокол по умолчанию принимает значение APPLY'(S,TX) = S. Это обеспечивает простой механизм для создания произвольного протокола криптовалюты, потенциально с расширенными функциями, которые не могут быть реализованы внутри самого Биткойна, но с очень низкой стоимостью разработки, поскольку сложности майнинга и сети уже обрабатываются протоколом Биткойн. Метакойны использовались для реализации некоторых классов финансовых контрактов, регистрации имени и децентрализованного обмена.
Таким образом, в целом существует два подхода к построению консенсусного протокола: построение независимой сети и построение протокола поверх Биткойна. Первый подход, хотя и достаточно успешен в случае таких приложений, как Namecoin, трудно реализовать; каждая отдельная реализация должна запускать независимую цепочку блоков, а также создавать и тестировать все необходимые переходы между состояниями и сетевой код. Кроме того, мы прогнозируем, что набор приложений для децентрализованной технологии консенсуса будет следовать распределению по степенному закону, при котором подавляющее большинство приложений будет слишком маленьким, чтобы гарантировать их собственный блокчейн, и мы отмечаем, что существуют большие классы децентрализованных приложений, особенно децентрализованных автономных. организации, которые должны взаимодействовать друг с другом.

С другой стороны, у подхода, основанного на биткойнах, есть недостаток, заключающийся в том, что он не наследует упрощенные функции проверки платежей биткойна. SPV работает для биткойнов, потому что может использовать глубину блокчейна в качестве прокси для достоверности; в какой-то момент, когда предки транзакции уходят достаточно далеко в прошлое, можно с уверенностью сказать, что они были законно частью состояния. С другой стороны, метапротоколы на основе блокчейна не могут заставить блокчейн не включать транзакции, которые недействительны в контексте их собственных протоколов. Следовательно, полностью безопасная реализация мета-протокола SPV должна будет сканировать в обратном направлении весь путь до начала блокчейна Биткойн, чтобы определить, действительны ли определенные транзакции. В настоящее время все «облегченные» реализации метапротоколов на основе биткойнов полагаются на доверенный сервер для предоставления данных, что, возможно, является весьма неоптимальным результатом, особенно когда одной из основных целей криптовалюты является устранение необходимости в доверии.