Hedera Hashgraph Consensus

Hedera Hashgraph è una nuova rete hashgraph pubblica basata su un algoritmo bizantino asincrono di tolleranza ai guasti proposto per le macchine a stati replicate con tolleranza ai guasti bizantina garantita. La piattaforma stessa è governata da Swirlds e un consiglio direttivo di circa 39 leader del settore.

Il modello di governance e la ricezione della piattaforma finora si sono in qualche modo polarizzati nel regno delle criptovalute, il che non sorprende. Governance e politica della piattaforma a parte, il meccanismo di consenso Hashgraph di Hedera e il design della piattaforma offrono alcuni sviluppi entusiasmanti.

Hedera Hashgraph Consensus

Breve storia

La piattaforma Hedera Hashgraph si basa su una forma di consenso Byzantine-Fault Tolerant (BFT), nota come asincrona Byzantine-Fault Tolerance (aBFT), che è stata elaborata in un pubblicazione accademica di Leemon Baird nel 2016. La piattaforma mira a fornire un modello migliorato di Distributed Ledger Technology (DLT) fornendo soluzioni per molte piattaforme consolidate di criptovaluta oggi.

Sotto la supervisione dell’Hedera Hashgraph Council, la piattaforma aspira a raggiungere l’adozione di massa attraverso la conformità normativa e fornire un’architettura che collega gli utenti in un sistema sicuro e ad alto rendimento per raggiungere un consenso distribuito.

Sotto il cappuccio

Simili alle blockchain, ma con differenze nette, gli hashgraph sono un “pettegolezzi sui pettegolezzi“Protocollo in cui l’accordo bizantino si ottiene attraverso il voto virtuale. Sia in una blockchain che in un hashgraph, il consenso viene prodotto quando una comunità distribuita si riunisce in accordo sull’ordine delle transazioni nella rete in cui nessuno è fidato.

Da qui deriva il termine “senza fiducia” quando si fa comunemente riferimento a Bitcoin perché non è necessario fidarsi di nessuno che utilizzi la rete, solo che il sistema non è compromesso. La differenza fondamentale che sorge tra una blockchain e un hashgraph è che un hashgraph può raggiungere sia l’accordo bizantino che l’equità sul consenso.

Tolleranza agli errori bizantina asincrona

La caratteristica principale di Hedera Hashgraph, la tolleranza agli errori bizantina asincrona è una forma di tolleranza agli errori bizantina. Fondamentalmente, in un sistema distribuito, Byzantine Fault Tolerance si riferisce alla capacità del sistema di mantenere un consenso onesto nella rete nonostante i nodi dannosi non funzionino o diffondano messaggi falsi.

Pratica tolleranza agli errori bizantini

Leggi: cos’è la tolleranza agli errori bizantina pratica?

Presenta alcuni avvertimenti interessanti e sul concetto sono state eseguite ricerche sostanziali, specialmente se applicate a reti distribuite come le criptovalute.

Il meccanismo di consenso Hashgraph è unico. Secondo il documento Swirlds Hashgraph di Leemon Baird:

“Nessun sistema bizantino deterministico può essere completamente asincrono, con ritardi di messaggi illimitati, e comunque garantire il consenso, dal teorema FLP [3]. Ma è possibile che un sistema non deterministico raggiunga il consenso con la probabilità uno. L’algoritmo di consenso hashgraph è completamente asincrono, non è deterministico e raggiunge l’accordo bizantino con la probabilità uno. “

Il presupposto che un sistema sia asincrono Byzantine Fault Tolerant significa che può raggiungere il consenso anche se i malintenzionati controllano la rete e possono alterare i messaggi. Il meccanismo di consenso Hedera Hashgraph non utilizza un formato leader come con il sistema round-robin della pratica Byzantine Fault Tolerance, che gli consente di essere resistente agli attacchi DDoS mirati a nodi leader o piccoli sottoinsiemi di nodi.

Proof-of-Work viene utilizzato nelle blockchain per mitigare questi tipi di attacchi (ad esempio, Bitcoin), ma secondo Hedera:

“Tuttavia, tali sistemi non possono essere bizantini, perché un membro non sa mai con certezza quando il consenso è stato raggiunto; hanno solo una probabilità di fiducia che continua a crescere nel tempo. Se due blocchi vengono estratti contemporaneamente, la catena si biforca fino a quando la comunità non sarà in grado di concordare quale ramo estendere. Se i blocchi vengono aggiunti lentamente, la comunità può sempre aggiungere al ramo più lungo e alla fine l’altro ramo smetterà di crescere e potrà essere eliminato e scartato perché è “stantio”. “

Il risultato è l’inefficienza del sistema, non solo perché è richiesta la prova di lavoro, ma perché molti blocchi su cui viene eseguito il lavoro vengono infine scartati. Il consenso hashgraph è effettivamente un file blockchain senza potatura, dove ogni minatore può estrarre un blocco alla massima velocità possibile senza utilizzare Proof-of-Work.

È interessante notare che, come sistema di voto virtuale, Hashgraph non invia alcun messaggio di voto attraverso la rete. È importante notare che il meccanismo di consenso di Hedera segue ancora l’assunto pratico di base della tolleranza agli errori bizantina secondo cui non più di dei nodi della rete sono dannosi in una determinata istanza di attacco.

Hedera suddivide i concetti fondamentali del meccanismo di consenso nei seguenti:

  • Transazioni
  • Equità
  • Pettegolezzo
  • Hashgraph
  • Pettegolezzi sui pettegolezzi
  • Voto virtuale
  • Testimoni famosi
  • Fortemente vedendo

Transazioni – Qualsiasi membro può creare una transazione firmata in qualsiasi momento e tutti i membri ne ricevono una copia e raggiungono il consenso sull’ordine delle transazioni.

Equità – Dovrebbe essere difficile per un piccolo gruppo di aggressori influenzare l’ordine delle transazioni.

Pettegolezzo – Ogni nodo membro seleziona casualmente un altro nodo e dice loro tutto ciò che sanno.

Hashgraph – Una struttura dati unica per tenere conto di chi ha spettegolato con chi e registra l’ordine in cui si è verificato.

Pettegolezzi sui pettegolezzi – Una delle caratteristiche critiche del meccanismo, questo è l’hashgraph che si diffonde in tutto il protocollo di gossip. Poiché l’hashgraph contiene la cronologia dei pettegolezzi di ciascun nodo e l’ordine, questo processo è empiricamente solo pettegolezzi su pettegolezzi già accaduti. Un risultato significativo è che durante il processo viene consumata una larghezza di banda minima.

Voto virtuale – Dove ogni nodo membro può raggiungere un accordo su qualsiasi decisione senza che venga mai inviato alcun voto perché ogni nodo ha una copia dell’hashgraph. Pertanto, ogni membro sa esattamente cosa avrebbe votato un altro membro senza dover effettivamente passare attraverso un processo di votazione.

Testimoni famosi – Qui è dove la comunità seleziona alcuni vertici nell’hashgraph noti come “testimoni famosi” in cui ognuno è un testimone (cioè una transazione) che viene ricevuto dalla maggioranza dei nodi relativamente all’inizio del processo di gossip. In questo modo, possono raggiungere un consenso in modo molto più efficiente sull’ordine degli eventi nell’hashgraph.

Fortemente vedendo – La prova di accordo bizantino con probabilità uno, qui è dove due nodi possono calcolare indipendentemente lo stesso voto virtuale di un terzo nodo perché arrivano alla stessa conclusione sulla connessione tra due vertici all’interno dell’hashgraph.

Credito immagine – The Swirlds Hashgraph Consensus Algorithm Paper

Il protocollo gossip è la chiave per l’hashgraph e il suo scopo è quello di diffondere le informazioni in modo esponenziale veloce attraverso la rete di nodi in modo che ogni nodo sia a conoscenza delle stesse informazioni. Come accennato in precedenza, l’hashgraph è una struttura di dati che comprende la cronologia della comunicazione tra i nodi.

I protocolli di gossip sono ampiamente utilizzati nelle reti e, quando applicati in particolare ai pettegolezzi sui pettegolezzi, forniscono ai nodi una quantità sostanziale di informazioni dove possono convergere rapidamente su un consenso della cronologia delle transazioni. Un vantaggio principale del modello è la piccola quantità di overhead di comunicazione necessaria per il processo, un’efficienza molto utile per reti scalabili e distribuite.

Sebbene il protocollo gossip fornisca informazioni per ogni nodo, è solo la struttura per l’eventuale consenso che è necessario ai nodi su quella specifica informazione. Una limitazione fondamentale della pratica tolleranza agli errori bizantina è il suo sovraccarico di comunicazione, motivo per cui nella sua forma pura non si adatta bene e funziona solo in modo efficiente in piccoli gruppi di nodi. Con gli hashgraph, il sovraccarico di comunicazione per il voto sul consenso è intrinsecamente assente, poiché ogni nodo contiene un hashgraph di tutte le comunicazioni precedenti.

Pertanto, le funzioni deterministiche di un hashgraph consentiranno a due nodi indipendenti di giungere alla stessa conclusione sull’ordine delle transazioni (consenso) senza dover effettivamente esprimere voti tramite la messaggistica. Questa è la votazione virtuale del meccanismo. Il protocollo stesso è definito asincrono perché non fa ipotesi sulla velocità del gossip o sul consenso.

Il concetto di vedendo fortemente uno stato da un altro viene utilizzato per mitigare gli attacchi dannosi ai nodi onesti e funge anche da metodo per un protocollo di accordo per ottenere la tolleranza agli errori bizantina attraverso il voto virtuale. I turni di votazione virtuale vengono eseguiti localmente su ciascun nodo fino a quando non viene raggiunto un consenso sufficiente su famoso testimone per quel round. Il famoso testimone è determinato in ogni round e, una volta che è stato determinato per ogni round, ne conseguono un timestamp di consenso e un accordo sugli eventi precedenti all’interno dell’hashgraph.

Uno stato condiviso viene mantenuto da ogni nodo della rete che firma digitalmente un hash dell’ordine di consenso delle transazioni che successivamente manda pettegolezzi alla rete. Lo stato è organizzato come un albero di Merkle, quindi è verificabile autentico per terze parti pur rimanendo un file di piccole dimensioni.

Prova di tolleranza agli errori bizantini & Equità

Proprio come nella pratica Byzantine Fault Tolerance (pBFT), il consenso di Hashgraph presume che non più di ⅓ dei nodi siano dannosi insieme al fatto che le firme digitali sono sicure. Come sistema asincrono, si presume anche che se il sistema è a tolleranza di errore, i nodi onesti che inviano pettegolezzi avanti e indietro alla fine riceveranno i messaggi reciproci, anche se c’è un impedimento come un attacco coordinato nella rete.

Un problema importante che Hashgraphs affronta in cui molti sistemi BFT falliscono è l’equità. Ciò si riferisce direttamente al loro consenso sull’ordine delle transazioni nella rete. Il problema che si pone è quello di decidere una misura per determinare se una transazione propagata alla rete fosse prima di un’altra e la sua posizione considerata “equa”.

Il consenso di Hashgraph raggiunge questa correttezza assegnandola al vincitore di 2 transazioni concorrenti che si sono propagate contemporaneamente. Il vincitore, che è favorito dalla rete e successivamente favorito nel consenso, è la transazione del nodo che ha raggiunto per prima la maggioranza dei nodi, in particolare l’insieme dei “testimoni famosi” impostato dai nodi partecipanti attivamente. Il ricorso a testimoni famosi funge da giurato per decidere l’ordine delle transazioni concorrenti nella rete.

Governance

Il sistema di governance Hedera Hashgraph contiene due livelli:

  • Il consiglio di amministrazione
  • Consenso aperto

Il consiglio di amministrazione è il luogo da cui derivano le principali critiche contro Hashgraph, in quanto si tratta di un sistema di controllo centralizzato sul protocollo e sulla rete, entrambi esplicitamente menzionati nel loro carta bianca.

Oltre a ciò, il consenso aperto è il meccanismo di consenso menzionato in precedenza in cui i nodi possono unirsi alla rete per contribuire a creare una migliore decentralizzazione. Hedera utilizza un modello di voto ponderato Proof-of-Stake per i nodi del sistema progettato per mitigare la collusione e incentivare gli utenti a gestire i nodi.

Architettura

La piattaforma Hedera Hashgraph è costituita da una struttura a 3 strati come segue:

  1. Livello Internet (inferiore) – Computer su Internet che comunicano tramite connessioni TCP / IP con crittografia TLS.
  1. Livello di consenso hashgraph (centrale) – I nodi della rete che partecipano al protocollo gossip e all’algoritmo di consenso hashgraph. Tutti i nodi mantengono uno stato di consenso identico.
  1. Livello servizi (in alto) – Questo livello è costituito dai suoi 3 sottogruppi.
  1. Criptovaluta
  2. Archiviazione di file
  3. Contratti intelligenti

La criptovaluta è la valuta nativa della piattaforma che può essere guadagnata dagli utenti per l’esecuzione di nodi sulla rete. Il sistema di archiviazione file è una rete di archiviazione distribuita basata su alberi Merkle ma consente anche classi Java per la manipolazione degli sviluppatori. Hedera è anche compatibile con Solidity, consentendo di scrivere contratti intelligenti sulla piattaforma, consentendo la creazione di dapp scalabili.

La rete di Hedera sarà inizialmente composta da un piccolo numero di nodi raggruppati in un singolo frammento. Tuttavia, hanno in programma di trasferire la rete in un sistema scalabile di più frammenti eseguiti in parallelo per consentire alla rete di scalare ulteriormente.

Prestazione

Hedera Hashgraph fa alcune affermazioni piuttosto audaci sulla sua piattaforma. Nello specifico, menziona quanto può essere teoricamente veloce, dove solo la larghezza di banda disponibile ne inibisce la capacità. Apparentemente il sistema può gestire tante transazioni al secondo (TPS) quante sono consentite dalla larghezza di banda di un membro, che secondo loro, include fino a centinaia di migliaia di TPS in un singolo frammento. Come hanno scritto nel loro white paper:

“Anche una connessione Internet domestica veloce potrebbe essere abbastanza veloce da gestire tutte le transazioni dell’intera rete di carte VISA, in tutto il mondo.”

Conclusione

L’innovativo meccanismo di consenso, la scalabilità e la finalità del sistema Hedera Hashgraph mostrano una promessa significativa nella prossima generazione di piattaforme blockchain. Tuttavia, un modello di governance centralizzato basato su un Consiglio dei membri del governo selezionati dalle migliori industrie del mondo non andrà bene a molte persone.

Opinioni sulla direzione della piattaforma o sul suo futuro a parte, Hedera Hashgraph rappresenta un altro passo fondamentale nella tecnologia di scalabilità e nei meccanismi di consenso su larga scala applicati alla tecnologia di registro distribuito e alle piattaforme di criptovaluta.

Mike Owergreen Administrator
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