Cardano’s proof-of-stake-protokol er indstillet til at skabe hidtil uset decentralisering, men de mekanismer, der driver den, er stadig et mysterium for mange. Cardanos chefforsker professor Aggelos Kiayias dykkede dybt ned i Ouroboros og detaljerede de principper, som den ambitiøse protokol er baseret på.

Problemet med at opbygge decentrale systemer

Persistens og livskraft – dette er kendetegnene ved vellykkede distribuerede ledgersystemer, ifølge professor Aggelos Kiayias, chefforsker ved Cardano. Det ser imidlertid ud til, at systemer baseret på de enkleste lokaler er de sværeste at levere.

Kiayias due dybt inde i de problemer, som decentraliserede systemer står over for og gav en detaljeret oversigt over, hvordan Cardano’s Ouroboros formåede at løse disse problemer.

Den vedholdenhed og livskraft, han nævnte, er et løfte om et konsekvent syn på alle deltagere i et system og en garanti for lydhørhed over for den kontinuerlige strøm af begivenheder, der skyldes deres handlinger. Dette er ret ligetil og let at opnå i et centraliseret system, men giver systemet et enkelt fejlpunkt og gør det sårbart over for angreb.

At designe et robust decentralt system er en meget mere kompleks opgave, da de kræver at udvikle modeller, der systematisk omfatter alle de forskellige trusler, som systemet måtte støde på, og bevise, at både vedholdenhed og levetid opretholdes til enhver tid.

Derfor vil et veldesignet decentraliseret system fortsat fungere, selvom nogle af parterne i det afviger fra korrekt drift. Systemet skal være konstrueret på en sådan måde, at det kan håndtere endnu større afvigelser i dets drift uden at lide for meget skade.

Et pålideligt decentralt system vil kombinere formelle garantier mod forskellige typer fiasko- og angrebsmodeller, hvor den største og vigtigste klasse af fiasko er de byzantinske modeller.

Byzantinske modeller garanterer, at systemets vedholdenhed og levetid opretholdes, selvom en stor del af deltagerne i netværket vilkårligt afviger fra netværkets regler. Den anden, men lige så vigtige klasse er modeller af rationalitet, der antager, at alle deltagere i netværket er rationelle hjælpemaksimerer, hvorfor systemets egenskaber skal opstå som følge af deres forfølgelse af egeninteresse.

Analyse af Ouroboros gennem to typer adfærd

Ifølge Kiayias er det, der gør Ouroboros unik som en protokol, det faktum, at det kombinerer forskellige designelementer, der betragter både byzantinsk og rationel adfærd beskrevet ovenfor.

Ouroboros bruger nemlig stake som den primære ressource til at identificere den gearing, deltagerne har i systemet. Bortset fra at være modstandsdygtig over for angreb, der er hjemmehørende i Proof-of-Work-protokoller, såsom 51-procents angreb, gør indsats Ouroboros mere miljøvenlig, da det kræver minimale fysiske ressourcer at køre.

Ouroboros garanterer også den dynamiske tilgængelighed, som et proof-of-work-system aldrig kunne – Kiayias sagde, at protokollen fortsætter med at fungere, selvom et vilkårligt stort antal deltagere beslutter ikke at satse og vedligeholde hovedbogen..

“Af de deltagere, der er aktive, har knap mere end halvdelen brug for at følge protokollen – resten kan vilkårligt afvige,” skrev han i blogindlægget..

Faktisk kunne Ouroboros endda tolerere spidser over 50 procent tærsklen, så længe de ikke varer for længe. Denne fleksibilitet gør det muligt for Ouroboros at være mere modstandsdygtige og tilpasningsdygtige end de klassiske byzantinske fejltoleranceprotokoller og deres model tilpasninger. Disse protokoller skal have en relativt bestemt forudsigelse af den deltagelse, de forventer af netværket for at arbejde – enhver afvigelse kan let få dem til at stoppe med at fungere.

En anden ting, der adskiller Ouroboros fra andre PoS-protokoller, er dens tillid. Kiayias forklarede, at processen med at tilslutte sig og deltage i protokollen ikke kræver tilgængelighed af nogen speciel delt ressource, såsom et kontrolpunkt. Når at engagere sig i protokollen ikke kræver andet end den offentlige genesis-blok i kæden og adgang til netværket, eliminerer det fejlpunktet, der er en betroet delt ressource.

Men uanset hvor avanceret disse funktioner er, kræves der mere end et veldesignet netværk for at tiltrække brugere. Dette er noget, som IOHK brugte en masse tid og kræfter på, da han designede Shelley, Cardanos bevis for indsats. At vide, at en velsmurt maskine i det væsentlige er værdiløs uden at nogen kører den, introducerede Cardano en ret avanceret belønningsmekanisme.

Mens udbetalinger til dem, der lægger deres mønter på netværket, ikke er noget nyt, inkorporerede Ouroboros en belønningsdelingsmekanisme, der tilskyndede netværksdeltagere til at organisere sig i operationelle noder. Disse noder, kendt for de fleste som stavspuljer, tilbyder en servicekvalitet uafhængigt af, hvordan indsatsen fordeles blandt brugerpopulationen, sagde Kiayias:

“På denne måde bidrager alle interessenter til systemets drift – sikrer robusthed og demokratisk repræsentation – mens omkostningerne ved ledgervedligeholdelse fordeles effektivt på tværs af brugerpopulationen.”

At tilskynde til oprettelse af organisationer kan imidlertid utilsigtet føre til centralisering. Dette blev ikke overset, når vi designede Ouroboros, der kommer med sit eget sæt modforanstaltninger, der incitamenterer centralisering. Med en tæt kontrol over stake pools forhindrer protokollen en situation, hvor kun en håndfuld operatører vil være ansvarlige for at opretholde blockchain.

Der er mere i Ouroboros, end det ser ud til

Mens udviklingen inden i Cardano ser ud til at ske med lynhastighed for nylig, begyndte i virkeligheden arbejdet med protokollen helt tilbage i 2015, da blockchain først blev annonceret. At skrabe overfladen afslører en næsten utrolig mængde forskning, der gik ind i Ouroboros, hvilket Kiayias stolt beskrev i sit indlæg.

Han bemærkede, at designelementerne i Ouroboros aldrig skulle være indlysende for den gennemsnitlige protokolbruger. I stedet blev de leveret i peer-reviewed papirer med omhyggelig dokumentation vedhæftet dem. Alle papirer offentliggjort på Cardano, hvoraf der hidtil er mere end 50, har optrådt både på konferencer og publikationer inden for kryptografi og cybersikkerhed.

Hvert af disse papirer er eksplicit om de specifikke typer modeller, der bruges til at analysere protokollen, og viser resultaterne af dem konkret.

“At opbygge en inkluderende, retfærdig og modstandsdygtig infrastruktur til finansielle og sociale applikationer på global skala er den store udfordring, som informationsteknologi i dag har.”

Derfor betragtes Ouroboros som en spilændrende protokol i branchen – ikke kun præsenterer den unikke egenskaber, der er tilgængelige for alle gennem sin open source-kode, men også ved præsentationen af ​​en designmetodologi, der fremhæver de første principper, modellering og analyse.