Czy technologia rozproszonych walidatorów jest nadal istotna w 2024 roku?

„Co jeśli kontrola i centralizacja to zasadniczo wadliwe koncepcje?" Satoshi Nakamoto idealistycznie zasugerował kiedyś. „Co jeśli w prawdziwym świecie rzeczy nieuchronnie dążą do centralizacji?" zespoły stojące za Lido i Geth Client argumentowały znacznie później, organicznie przyciągając tłum entuzjastów kryptowalut. 

Na koniec listopada 2024 roku, CoinGecko szacuje całkowitą podaż Etheru na ładne 120 milionów ETH. Ta liczba odzwierciedla cały Ether, który kiedykolwiek został wyemitowany, minus wszelkie, które zostały spalone. Dune Analytics informuje nas, że znaczna część, bo 28,34% z tego, co daje 34 747 040 ETH, jest stakowana. Z tej części 28,34%, Lido zarządza 27,99%.

Ten poziom koncentracji udziałów w stakowaniu budzi uzasadnione obawy dotyczące bezpieczeństwa i wydajności sieci. Potencjalna awaria lub atak na protokół Lido mogą zakłócić potwierdzenia bloków i wpłynąć na całą sieć Ethereum. Taka liczba walidatorów, którzy przestaną działać, może również negatywnie wpłynąć na nagrody, a nawet początkowe stawki jego użytkowników. 

Lido wprowadziło Technologię Rozproszonych Walidatorów (DVT) poprzez kilku graczy rynkowych, takich jak Obol, SSV i SafeStake Pilot TestNet, aby rozdzielić klucze walidatorów na wiele węzłów oraz zwiększyć bezpieczeństwo i decentralizację. Ale podczas gdy protokół popularyzuje DVT, ważne jest, aby uznać, że koncepcja ta jest wynikiem zbiorowych wysiłków różnych badaczy i deweloperów w całej społeczności Ethereum.

Przyjrzyjmy się bliżej temu, jak działa Ethereum od zaplecza, aby zrozumieć, dlaczego DVT jest potrzebne i jak w praktyce radzi sobie z wyzwaniem centralizacji. 

Zrozumienie technologii rozproszonych walidatorów (DVT)

Dlaczego walidatory niedystrybucyjne na Ethereum mogą zagrażać sieci

Jeśli chodzi o bezpieczne operacje na blockchainie, prawdopodobnie już wiesz, jak różne metody lub protokoły, takie jak proof-of-stake (PoS), proof-of-work (PoW), proof-of-authority (PoA) itp., pełnią podobne funkcje, ale w różnych kontekstach. Jako składniki mechanizmu konsensusu zapewniają, że tylko uczciwi i legalni uczestnicy mogą walidować transakcje, proponować bloki i zdobywać nagrody za wykonywanie swoich obowiązków. Proof-of-stake (PoS), na którym działa Ethereum, jest jednym z takich protokołów.

Jest to sposób dla walidatorów, aby pokazać, że zaangażowali coś wartościowego w sieć, co mogą stracić, jeśli będą działać nieuczciwie. W wersji proof-of-stake Ethereum walidatorzy blokują ETH w inteligentnym kontrakcie. Następnie są odpowiedzialni za sprawdzanie, czy nowe bloki w sieci są ważne, a czasami sami tworzą i udostępniają nowe bloki. Jeśli walidator próbuje oszukiwać, na przykład proponując więcej niż jeden blok, gdy powinien zaproponować tylko jeden lub wysyłając sprzeczne wiadomości, ryzykuje utratę części lub całego swojego stakowanego ETH. 

Aby zostać walidatorem, od 2024 roku użytkownik musi wpłacić 32 ETH do kontraktu depozytowego i uruchomić trzy rodzaje oprogramowania: klienta wykonawczego, klienta konsensusu i klienta walidatora. Po wpłaceniu swojego ETH wchodzą do kolejki, która kontroluje, jak szybko nowi walidatorzy mogą dołączyć. Po aktywacji walidatorzy otrzymują nowe bloki od innych użytkowników Ethereum. Ponownie sprawdzają transakcje w tych blokach, aby upewnić się, że wszystko jest ważne, i weryfikują podpis bloku. Następnie walidator wysyła głos (nazywany attestation), aby zatwierdzić blok w sieci, a z czasem jest losowo wybierany do zaproponowania nowego bloku w określonym slocie. Jednak losowość jest ważona na podstawie ilości ETH, które walidator stakował. Oznacza to, że walidatorzy z większymi stawkami mają wyższe prawdopodobieństwo bycia wybranym do produkcji bloku. 

Walidatorzy, którzy zostaną wybrani do zaproponowania nowego bloku, otrzymują nagrodę za pomyślne stworzenie i nadawanie go w sieci oraz walidowanie i głosowanie na bloki proponowane przez innych. Opłaty transakcyjne są wliczane w nagrody blokowe obok podstawowej nagrody za proponowanie i potwierdzanie bloków — i tak właśnie działa Ethereum. 

Mówiąc o tym, z usługami takimi jak Lido, Coinbase, Binance, Rocket Pool, Renzo, Everstake itp., zarządzającymi znaczną częścią stakowanego ETH, pojawia się problem pojedynczego punktu awarii. Jeśli coś pójdzie nie tak z Lido lub jego walidatorami — na przykład przestoje, błędy oprogramowania lub cyberatak — może to wpłynąć na znaczną część sieci Ethereum.

Jak działają rozproszone walidatory od kuchni

Rzuć szybkie spojrzenie na powyższą ilustrację. Możesz zobaczyć Węzeł Beacon, który jest kluczową częścią mechanizmu konsensusu Proof-of-Stake Ethereum. Węzły Beacon wykonują istotne zadania, takie jak zarządzanie rejestrami walidatorów, koordynowanie propozycji bloków i zapewnianie synchronizacji w sieci. Jednak to walidatorzy połączeni z tymi Węzłami Beacon wykonują krytyczne operacje, takie jak podpisywanie zaświadczeń i proponowanie nowych bloków.

Jeśli atakujący uzyska dostęp do prywatnego klucza walidatora, może go użyć do podpisania złośliwych lub sprzecznych danych lub podszywania się pod walidatora. Gdy podpis zostanie rozesłany do sieci, staje się niezmienną częścią księgi Ethereum. Przypadkowe lub złośliwe podwójne podpisywanie nie może zostać cofnięte i skutkuje karami w postaci slashing, co może spowodować, że walidator straci część lub całość swojego stakowanego ETH.

Chociaż istnieje wiele podatności, słabe zarządzanie kluczami jest często najważniejszym punktem awarii. Aby zminimalizować te ryzyka, walidatorzy muszą przyjąć solidne praktyki bezpieczeństwa: używać portfeli sprzętowych lub bezpiecznych obszarów do zarządzania kluczami, wdrażać oprogramowanie, które zapobiega podwójnemu podpisywaniu lub egzekwuje kontrole bezpieczeństwa, utrzymywać oddzielne klucze dla węzłów głównych i zapasowych, aby uniknąć przypadkowego podwójnego podpisywania, oraz rozdzielać operacje walidatorów na niezależne konfiguracje, zamiast polegać na scentralizowanych walidatorach lub pulach stakowania.

To prowadzi nas do sedna tego, o czym dzisiaj rozmawiamy: bardziej odporną architekturę Ethereum, która obejmuje rozproszone walidatory. 

Patrząc uważnie na diagram architektury, można powiedzieć, że Walidator (V1-V4 z odpowiadającymi im kluczami) jest rozproszony. Oto dlaczego:

1. Klucze (key₁, key₂, key₃, key₄) pokazane na dole diagramu z ich odpowiednimi walidatorami (V1-V4) wskazują, że klucz walidatora jest dzielony i rozproszony.

2. "SSV" w SSV1-SSV4 oznacza "Sekretny Wspólny Walidator", co jest technologią zaprojektowaną specjalnie do rozdzielania kluczy walidatorów pomiędzy wielu operatorów.

3. Kombinacja podpisu 3 z 4 na końcu sugeruje, że moc podpisu walidatora jest tym, co jest rozdzielane, wymagając 3 z 4 części rozproszonego klucza walidatora do podpisania.

4. Węzły Beacon służą jako punkty połączenia z siecią Ethereum dla każdej części rozproszonego walidatora i pomagają synchronizować sieć.

Prawdziwa magia dzieje się jednak w środku (warstwa konsensusu) - to jak okrągły stół, gdzie wszystkie te komponenty spotykają się, aby podejmować decyzje. Ale oto sprytny element: system nie potrzebuje, aby wszyscy się zgadzali przez cały czas. Zamiast tego używa "kombinacji podpisu 3 z 4", co oznacza, że jakiekolwiek trzy z czterech komponentów muszą się zgodzić, aby decyzja była ważna. 

Ostatecznym wynikiem jest wysoce odporny Walidator Eth2, który może nadal działać, nawet jeśli jedna część systemu przestanie działać. To jak posiadanie siatki bezpieczeństwa pod swoją siatką bezpieczeństwa - zapewniając, że twój walidator działa płynnie i bezpiecznie, niezależnie od tego, co się stanie.

Jak Rozproszeni Walidatorzy Podpisują Proponowane Bloki, Atestacje i Podsumowania Stanu Blockchaina

W sercu DVT leży Sekretne Dzielone Udostępnianie Shamira, metoda kryptograficzna używana do podziału klucza prywatnego na wiele "udziałów klucza". Każdy operator walidatora w sieci posiada jeden z tych udziałów, a razem są w stanie odtworzyć pełny klucz prywatny za pomocą schematu podpisu progowego. Schemat ten określa, ile indywidualnych udziałów jest potrzebnych do podpisania bloku — na przykład, może być wymagane 3 z 4 udziałów klucza, aby zwalidować i zaproponować blok. Oznacza to, że nawet jeśli jeden lub dwóch operatorów jest niedostępnych lub skompromitowanych, system może nadal działać bezpiecznie, o ile wystarczająca liczba udziałów jest obecna, aby utworzyć ważny podpis.

Same udziały klucza są generowane za pomocą Rozproszonej Generacji Kluczy (DKG), procesu kryptograficznego, który zapewnia, że te udziały są rozdzielane do węzłów w klastrze walidatorów w bezpieczny sposób. Żadna pojedyncza strona nie ma dostępu do pełnego klucza walidatora; zamiast tego każdy operator zna tylko swój własny "udział" w nim, zapewniając, że pełny klucz pozostaje tajny przez cały proces walidacji.

Gdy udziały klucza są rozdzielone, system wykorzystuje Obliczenia Wielopartyjne (MPC), aby w tajemnicy stworzyć pełny klucz walidatora. Piękno MPC polega na tym, że pełny klucz nigdy nie jest w pełni ujawniany żadnemu pojedynczemu operatorowi lub węzłowi. 

Ostatni krok w procesie DVT odbywa się za pomocą protokołu konsensusu, który jest odpowiedzialny za wybór proponującego blok z klastra walidatorów. Po wybraniu, proponujący dzieli się blokiem z innymi węzłami, które następnie dodają swoje udziały klucza do zbiorowego podpisu. Gdy zgromadzono wystarczającą liczbę udziałów klucza — zgodnie z wymaganiami schematu podpisu progowego — blok jest pomyślnie proponowany do Ethereum.

Lido i ich Pilotaż DVT 

Ale co z Lido? Ich pilotaże z dostawcami takimi jak Obol, SSV i SafeStake podkreślają potencjał DVT w zakresie odporności i inkluzji, mimo kilku wyzwań. W kwietniu 2024 roku Lido testowało DVT z SafeStake na testnecie dla blockchaina Ethereum, zaprojektowanym w celu symulacji warunków rzeczywistych do celów testowych, Holesky. Test obejmował 17 uczestników z 13 krajów. Pięć klastrów używało różnych konfiguracji — serwerów bare-metal, komputerów domowych i usług chmurowych. Znaczącym ograniczeniem był brak Rozproszonej Generacji Kluczy (DKG), co zwiększa zależności zaufania. 

Pilot SafeStake pokazał mieszane wyniki. Walidatory osiągnęły imponujący czas pracy na poziomie 91,86%, co odzwierciedla solidną niezawodność operacyjną. Jednak skuteczność atestacji wyniosła 71,56%, a sukces propozycji bloków wyniósł 10,59% z powodu błędnych konfiguracji w ustawieniach MEV-Boost. Te wskaźniki podkreślają zarówno mocne strony, jak i obszary do poprawy w rozproszonym stakowaniu. Aktualizacja oprogramowania spowodowała zdarzenie slashingowe, które wpłynęło na 15 walidatorów, podkreślając potrzebę lepszego zarządzania wersjami. Chociaż testnet SafeStake udowodnił wykonalność koncepcji, konieczne są dalsze poprawki i testy przed następną integracją testnetu Holesky z protokołem Lido. 

Na koniec 2024 roku Lido ma 136 000 ETH działających na swojej technologii DVT, a podczas gdy Ethereum wymaga 32 ETH, aby stać się walidatorem, ta technologia udowadnia swoją wartość. Jeśli lub kiedy zespół deweloperski Ethereum zdecyduje się obniżyć wymaganie do 1 ETH, aby stać się walidatorem, sytuacja może się zmienić.