Біткоїн: дерево байтів

Блокчейн – справді чудова технологія. Механізм для впорядкування цифрової інформації в часі без необхідності залежати від централізованого оператора. Децентралізований механізм без відповідальної особи, який забезпечує незаперечні криптографічні гарантії того, які дані та в якому порядку були додані до реєстру. Ця властивість є основною причиною, чому Біткоїн корисний як форма цифрових грошей: без неї система взагалі не могла б функціонувати без централізованого управління.

Всі ці гарантії забезпечуються трьома простими технічними блоками: криптографією із закритим/відкритим ключем, деревами Меркла та алгоритмами хешування. Кожен блок Біткоїна – це просто додаткові необхідні дані, які оточують корінь дерева Меркла всіх транзакцій у ньому. Решта заголовка містить такі дані, як мітка часу, цільова складність, версія блоку, хеш попереднього блоку в ланцюжку і випадковий одноразовий номер (nonce), який використовується під час хешування голови в пошуках достатньої кількості початкових нулів.

Криптографічні зобов'язання, публікація та перевірка

Майнери насправді не хешують весь блок, їм це не потрібно через те, як працює дерево Меркла. Кожен фрагмент даних у дереві Меркла хешується, а потім кожна сукупність одиниць даних хешується вгору, доки не буде отримано єдиний хеш кореня Меркла. Просто шляхом майнінгу заголовка, який включає цей єдиний хеш, майнери можуть довести, що всі транзакції в блоці були частиною добутого ними блоку і що він вказує на один попередній блок з певним набором попередніх транзакцій і так далі. Аналогічно, коли люди підписують біткоїн-транзакції, вони підписують не фактичні байти транзакції, вони підписують хеш. Це те саме з погляду криптографії.

Те, як працюють криптографічні зобов'язання у поєднанні із доказом роботи, дозволяє мати лінійне уявлення того, у якому порядку все було криптографічно зафіксовано. Це основа Біткоїна: доказ роботи, що створює матеріальні витрати на додавання в цей ланцюжок і використовується для впорядкування всіх фактичних даних (транзакцій), щоб переконатися, що не сталося нічого незвичного. Майнери не можуть «майнити» два різні блоки Біткоїна одночасно, а також не можуть підробити цифрові підписи або порушувати хеш-функції.

Все функціонування мережі Біткоїна можна звести по суті до двох речей: передачі інформації та публікації цієї інформації для перевірки. Біткоїн надає дві гарантії з погляду даних, що стосуються протоколу: що окремі транзакції були правильно зафіксовані за допомогою правильних підписів та інших даних-свідків, та що блоки групових транзакцій були зафіксовані за допомогою відповідного обсягу роботи.

Саме це надає цінність Біткоїну як мережі та системі; він гарантує використання криптографії та термодинаміки та публікацію, щоб кожен охочий міг перевірити ці зобов'язання. Без надійності та загального поширення цих зобов'язань він був би некорисним як ненадійні гроші.

Ці властивості зобов'язань, публікації та перевірки цінні навіть за межами сценарію використання грошей. Рух грошей не є єдиним типом інформації, яка може набути цінності завдяки криптографічним і термодинамічним даним про те, коли вона була створена (або ранній момент її появи) і коли її існування стало відоме світу. JPEG показали, що люди цінують навіть цю безглузду довільну інформацію, але в цьому світі є інформація набагато цінніша, ніж JPEG.

Щільність інформації

При здійсненні біткоїн-транзакцій потрібно платити за блоковий простір і вартість цього простору оцінюється в байтах. За кожен байт простору, який ви займаєте в блоці, вам доводиться конкурувати з кожною людиною, яка намагається використати цей простір, в оплаті поточної ринкової ставки. Будь-яка людина завжди може просто заплатити більше та підвищити цю ставку. Це дає більш щільній інформації конкурентну перевагу під час спроби включення в блок. Якщо щільність інформації дуже висока, тобто необхідна кількість байтів дуже мала, можна використовувати цей блоковий простір, заплативши меншу комісію в абсолютному вираженні, ніж хтось із менш щільною інформацією.

Використання простору блоків для передачі економічної цінності – одне з найбільш щільних форм інформації, яку можна включити у блок. Так буде завжди, і, попри всю драму та хвилювання з приводу перетворення Біткоїна на Ethereum, це гарантує, що основним варіантом використання Біткоїна залишиться передача економічної цінності. Це найбільш конкурентоспроможне використання системи з погляду щільності інформації.

Однак це не означає, що це буде єдине використання Біткоїна. Якщо Біткоїн дійсно досягне успіху, нинішнє ринкове божевілля та активність навколо Ordinals та записів припиняться. Займатися такими речами, як вартість блокчейн-простору, для приватних осіб з низьким рівнем доходу буде нерентабельно, а зі зростанням комісій ця динаміка посилюватиметься, доки варіант використання не стане доступний тільки для надзвичайно багатих людей. Можливо, колись національні держави почнуть вносити записи зображень або даних на згадку про важливі історичні події, але в майбутньому користувачі із середнього класу не зможуть вносити записи у форматі JPEG, як якісь колекційні карти.

Їм доведеться або припинити цим займатися, або перенести свою діяльність в інше місце.

Відсутність обмежень на розмір блоку

Дерева Меркла – дивовижні. Вони можуть бути нескінченно великими, і все, що потрібно, щоб довести, що частина даних є частиною одного цілого, це кореневий хеш, з іншими хешами присутніми в дереві аж до фактичного фрагмента даних. Криптографічна магія. Єдина причина, чому розмір дерев Меркла в блоці Біткоїна обмежений, полягає в тому, що користувачам необхідно перевіряти вміст всього блоку, щоб гарантувати, що кожна транзакція в ньому дійсна. Перевірка в блоці є невіддільною частиною функціонування Біткоїна як системи.

Ви можете вставити хеш всередину окремої біткоїн-транзакції, а це означає, що завдяки магії дерев Меркла не існує такого поняття, як обмеження розміру блоку, якщо говорити про те, як біткоїн-блокчейн фіксує дані поза межами самих біткоїн-транзакцій. Так само, як невеликий заголовок блоку фіксує кожну транзакцію в блоці за допомогою одного хешу, сама транзакція Біткоїна може фіксуватися у величезному дереві Меркла, що складається зі значних обсягів даних. Це було буквально зроблено раніше з усім вмістом Інтернет-архіву.

Раніше я говорив, що передача економічної цінності – це одна із найщільніших форм даних, які можуть використовувати простір блоків Біткоїна. Одна з, але не найщільніша. Це повʼязано з мітками часу загального призначення. Одна транзакція з одним вбудованим у неї хешем може поставити мітку за часом буквально нескінченному обсягу даних, на 100% доводячи, що вони існували, коли цей блок був видобутий. Жоден інший варіант використання блокового простору не може бути більш щільним в інформаційному відношенні, ніж цей.

Оскільки все в цьому дереві Меркла, з яким повʼязується транзакція, не має нічого спільного з транзакціями Біткоїна, а також незалежно від того, чи вони дійсні, обмеження розміру блоку можуть повністю ігноруватися. З іншого боку, фактичне поширення опублікованої інформації не може залежати від мережі Біткоїна, але це не критична проблема в епоху цифрових технологій.

Використання дерев

Сам Сатоші в нещодавно опублікованих електронних листах з Марті Малмі обговорював використання Біткоїна як універсального інструменту для міток часу. Це те, як його використоують багато людей з моменту появи Біткоїна. Старі проєкти, такі як Wall of Eternity, дозволяли платити за внесення повідомлень до блокчейну. Люди оголошують про весілля, народження дітей, а також про інші набагато примітивніші речі, використовуючи OP_RETURN у блокчейні вже понад десять років. Це дозволяє об'єднати функції фіксації та публікації, але неймовірно неефективно з погляду використання простору блоків.

Opentimestamps

Opentimestamps (OTS) – чудовий приклад масштабованого механізму, що полегшує принаймні аспект фіксації міток за часом. Публікація даних (і навіть їхня фіксація у вигляді доказу Меркла) повністю доручається користувачеві, який встановлює мітку інформації, але фактична фіксація мітки обробляється сервером календаря OTS. Коли користувачі відправляють документи або файли на сервер, він об'єднує їх у невпорядковане дерево Меркла, продовжуючи агрегувати всі хеші окремих файлів користувачів в одне дерево, доки не проведе періодичну ончейн-транзакцію, яка включає поточний кореневий хеш всього дерева.

Як показує наведений вище приклад, це може мати велику цінність. Тепер, коли весь Інтернет-архів станом на 2017 рік має мітку часу з використанням OTS, термодинамічно неможливо змінити вміст будь-чого, що міститься в цьому архіві, таким чином, щоб це не можна було виявити. Централізовані сховища інформації, такі як Інтернет-архів, історично функціонували як свого роду оракул. Вони дублюють та копіюють стан різних сторінок або інформації, і ми довіряємо їм, коли вони кажуть: «Ось як ця інформація виглядала на той момент».

Правильно інтегруючи Opentimestamps, ці сховища ніколи не будуть довіреною стороною. Вони будуть просто хостом, який зберігає саму інформацію разом із доказом Меркла, і це саме по собі доведе, що інформація, яку вони вам показують, існувала у цій формі приблизно у той час, коли вони стверджують. Історичний стан довільної інформації, термодинамічно забезпечений Біткоїном.

Mainstay

Будь-хто, хто хоча б віддалено знайомий з мітками часу, знає, що OTS має один серйозний недолік: можна відмічати час стільки завгодно суперечливих речей і показати лише одну з них постфактум. Для багатьох випадків використання, які зводяться до необхідності довести існування частини даних у певний час, ця деталь не має значення, але для інших вона є важливою.

Якщо потрібно довести, що частина даних була підписана кимось, скажімо, корпоративний документ був підписаний закритим ключем керівника, не має значення, чи підписав він одночасно цим ключем інші (навіть суперечливі) документи. Все, що потрібно, це довести, що він підписав один документ. OTS чудово підходить для цього. Але уявіть собі ситуацію, коли хтось хоче підтвердити файл і довести, що «офіційно» він підтвердив лише цей файл, а не будь-які інші.

Mainstay – це варіант Opentimestamps, який вирішує цю проблему. Замість повністю невпорядкованого дерева Меркла він організований таким чином, що кожен користувач має певний «слот» у дереві, де він може зафіксувати дані. Хоча це і не заважає людям загалом фіксувати інші суперечливі дані, використовуючи дерево Mainstay вони можуть публічно використовувати слот, який ідентифікується, як свій «офіційний» запис. Будь-хто, хто перевіряє такі записи, може потім ігнорувати чи не вважати законним слот із доказом Меркла, розташований у будь-якій іншій частині дерева.

Параконсенсусні системи

Базову концепцію Mainstay можна розширити, щоб створити параконсенсусні системи, які працюють поверх Біткоїна. Найвідомішим прикладом є Stacks. Зафіксувавши корінь Меркла довільних даних упорядкованим/ідентифікованим способом і опублікувавши цю інформацію деінде, щоб її можна було перевірити на відповідність довільним правилам, можна побудувати абсолютно нову систему консенсусу, прив'язавшись до блокчейну Біткоїна.

Біткоїну про це не обов'язково повинно бути відомо. Через цей факт інформація, яка є недійсною за консенсусом для параконсенсусної системи, може бути прийнята Біткоїном та опублікована поза діапазоном, але учасники цієї параконсенсусної системи можуть просто ігнорувати її та чекати наступної фіксації за достовірними даними в їхній системі. Це може дозволити інформаційній щільності інших економічних активів відповідати щільності довільних часових міток даних.

Це небажано, але цей процес не зупинити.

Інші варіанти використання

Хоча токени, такі як Stacks, на мій погляд, є досить безглуздим способом розширення Біткоїна, деякі «активи», які не є суто грошовими, насправді мають дуже обґрунтовані варіанти використання та можуть виграти від позначень міткою за часом. Доменні імена та простори імен загалом є одним цілим. Вся наша взаємодія з Інтернетом контролюється DNS – централізованою та надійною системою. Коли ви вводите www.google.com, ієрархія серверів повідомляє вашому комп'ютеру, до якої фактичної IP-адреси потрібно під'єднатися. Ці сервери можуть довільно перенаправити вас куди завгодно, вони можуть заборонити доступ до домену, вони можуть анулювати домени, вони повністю контролюють ті напрямки, яким слідує кожен комп'ютер.

Відкрита та децентралізована система DNS, яка працює на основі Біткоїна, може вирішити ці проблеми. Замість органу, який надає доступ до домену, будь-яка особа може самостійно зареєструватися та призначити «ім’я», прив'язане до криптографічного ключа. Програмне забезпечення може знайти опубліковані зобов'язання щодо таких даних та, покладаючись на перші записи у тому, що вони є «власниками» домену, отримувати вказівки до потрібного сервера для підключення із системи, яка є відкритою, децентралізованою та криптографічно перевіряється.

Карта простору та часу

Всі зациклені на використанні Біткоїна як грошей, і це правильно: це основна функція протоколу та мережі. Економічні стимули його використання як грошей є основою того, що забезпечує його безпеку та функціонування; Біткоїн не міг би існувати без цього аспекту. Без нього він вийде з ладу.

Але Біткоїн – це набагато більше, ніж просто грошова система. Це розподілена система міток часу з децентралізованою мережею для публікації всього, що приймає система. Це термодинамічно гарантована карта цифрових даних у просторі та часі. Вона нескінченно розширюється. Обмеження розміру блоку регулює максимальний розмір біткоїн-транзакцій, які можуть бути зафіксовані за раз, але в нього немає жодних повноважень обмежувати будь-які інші типи даних, які може фіксувати блокчейн.

Біткоїн – це термодинамічно керована чорна діра цифрової епохи, і він поглине кожен байт інформації у свої дерева Меркла, які будь-яким чином можуть отримати вигоду з криптографічних гарантій, що їм надаються. Біткоїн – це не просто гроші, і скільки б разів ми не повторювали, що це тільки гроші й нічого більше, це ніколи не буде правдою.

Біткоїн – цифровий монстр, і він поглине все.