Децентрализация и основная ценность блокчейна

Одной из основных ценностей технологии блокчейн является децентрализация. Это обеспечивает безопасность системы, устойчивость к цензуре и справедливость, позволяя записям транзакций и полномочиям по принятию решений поддерживаться коллективно, а не контролироваться одним централизованным органом. Напротив, традиционные централизованные системы, такие как банки, платформы социальных сетей и облачные сервисы, могут работать с большей эффективностью, но уязвимы к единым точкам отказа (SPOF), монополиям на данные, рискам цензуры и высоким издержкам доверия. Например, банки могут ограничивать доступ к средствам, социальные платформы могут удалять контент по своему желанию, а технические сбои у поставщиков облачных услуг могут привести к масштабным сбоям в обслуживании.

Эти риски привели к появлению технологии блокчейн, которая уменьшает зависимость от централизованных властей благодаря децентрализованной архитектуре, улучшая прозрачность и безопасность.

Однако децентрализация не является бинарной - она существует в спектре. Некоторые блокчейны могут быть под контролем нескольких майнинговых пулов или управляемыми небольшим количеством валидаторов, удерживающих большинство заложенных токенов. Эта концентрация власти подрывает как устойчивость системы к атакам, так и ее справедливость. В результате точное измерение степени децентрализации блокчейна становится критическим вопросом.

Чтобы решить эту проблему, был введен коэффициент Накамото. Этот показатель количественно оценивает уровень децентрализации в блокчейне, указывая минимальное количество независимых субъектов, необходимых для нарушения работы системы. Чем выше коэффициент, тем более распределена власть и тем выше уровень децентрализации. Напротив, низкий коэффициент указывает на чрезмерную концентрацию власти, делая сеть более уязвимой к манипуляциям или атакам. Например, в блокчейне, где только три пула майнинга контролируют более 51% общей хэш-мощности, коэффициент Накамото будет равен 3, отражая низкий уровень децентрализации.

В следующих разделах мы рассмотрим определение коэффициента Накамото, расчет, основные факторы, влияющие на него, и его влияние на безопасность и справедливость блокчейна.

Что такое коэффициент Накамото и почему он важен?

Определение и происхождение коэффициента Накамото

Децентрализация в блокчейне не является абсолютным состоянием, а скорее спектром реализации. Для количественной оценки этой характеристики был введен коэффициент Накамото. Это ключевая метрика, используемая для оценки того, насколько действительно децентрализован блокчейн. Концепция была предложена Баладжи Сринивасаном (бывший технический директор Coinbase) и Лиландом Ли, и названа в честь Сатоши Накамото, создателя биткойна.

Коэффициент Накамото представляет собой минимальное количество независимых субъектов, необходимое для нарушения или контроля наиболее критических компонентов блокчейна, таких как:

• Майнинг-пулы в цепях Proof of Work (PoW)
• Валидаторы в цепях Proof of Stake (PoS)
• Операторы узлов
• Участники управления (например, члены DAO или держатели токенов)

Другими словами, коэффициент Накамото отвечает на вопрос: Сколько независимых участников должны сговориться, чтобы скомпрометировать блокчейн? Чем выше число, тем более децентрализованной и безопасной является сеть. Более низкое число указывает на то, что власть сконцентрирована, делая сеть более уязвимой к манипуляциям или атакам.

Коэффициент Накамото против 51% атаки

Хотя коэффициент Накамото концептуально похож на атаку 51%, он шире в своем охвате.

Атака 51% применяется в основном к блокчейнам PoW. Если одно лицо контролирует более 50% хешрейта, они могут односторонне подтверждать транзакции, выполнять двойные траты или переорганизовывать историю блокчейна.

В отличие от этого, коэффициент Накамото учитывает не только вычислительную мощность, но и контроль узлов, влияние управления, вес стейкинга и другие факторы. Он применим к блокчейнам PoW, PoS и DeleGate.iod PoS (DPoS) одинаково.

Например, в типичной сети PoS, если небольшая группа валидаторов контролирует более 33,33% стейкнутых токенов, они могут блокировать формирование консенсуса, предотвращая добавление новых блоков и возможно влияя на решения управления. Если коэффициент Накамото блокчейна равен 10, это означает, что как минимум 10 независимых валидаторов должны скоординироваться для компрометации системы. Низкий коэффициент подразумевает централизацию и увеличение системного риска.

Почему важен коэффициент Накамото?

Децентрализация является одним из основных ценностей блокчейна. Она обеспечивает более надежную безопасность, большую устойчивость к цензуре и уменьшает зависимость от доверия. Однако, если небольшая группа участников легко может контролировать сеть, возникают несколько рисков:

• Сниженная безопасность
  Когда коэффициент Накамото низкий, несколько пулов майнинга или валидаторов могут координировать атаки, такие как атаки 51% или умышленно задерживать подтверждения транзакций.

• Ослабленное сопротивление цензуре
  Если несколько узлов контролируют проверку транзакций, они могут избирательно блокировать транзакции, подрывая открытость и нейтралитет.

• Одна точка отказа (SPOF)
  Если власть сконцентрирована среди немногих сущностей, любое уступка — такая как хакинг, регуляторные меры или технический сбой — может остановить всю сеть.

• Несправедливое управление
  Если управление контролируется небольшим количеством валидаторов или держателей токенов, они могут управлять изменениями протокола в своих собственных интересах, а не в интересах сообщества.
  Эти риски подчеркивают, что измерение децентрализации - это не просто теоретическое упражнение, это важно для обеспечения того, чтобы блокчейн-системы были справедливыми, безопасными и устойчивыми.

Коэффициент Накамото - не единственная метрика децентрализации

Хотя высокий коэффициент Накамото подразумевает более распределенную структуру управления, это не гарантирует полной децентрализации. При оценке уровня децентрализации блокчейна необходимо учитывать несколько других факторов:

• Географическая концентрация
  Если большинство шахтёров, валидаторов или операторов узлов находятся в одной стране или регионе, даже высокий коэффициент Накамото не может обеспечить защиту сети от регионального регулирования, отказов инфраструктуры или политического вмешательства.
  Например, многие валидаторы Ethereum базируются в США. Если регуляторы США введут более строгие правила для валидаторов PoS, это может повлиять на работу сети.

• Централизация инфраструктуры
  Если большинство узлов работают на нескольких облачных провайдерах (например, AWS, Google Cloud), сеть остается уязвимой для SPOF на уровне инфраструктуры, даже если контроль широко распределен.
  Например, сбой AWS может вывести из строя значительную часть узлов блокчейна и нарушить работу сети.

• Внешние влияния
  Децентрализация не является исключительно технической - она также подвержена регулированию, вмешательству правительства и корпоративному влиянию.
  Хотя блокчейн технически может казаться децентрализованным, если его основные разработчики или крупные держатели токенов подвержены регуляторным или корпоративным давлениям, независимость принятия решений может быть подорвана.
  Например, USDT (Tether) работает на блокчейн сетях, но централизованно управляется компанией Tether, что делает его более уязвимым для регуляторных действий.

Эти соображения показывают, что децентрализация многомерна, и Коэффициент Накамото измеряет только часть картины. Чтобы полностью оценить децентрализацию блокчейна, необходимо также изучить распределение узлов, зависимость от инфраструктуры и внешние влияния на управление.

Риски низкого коэффициента Накамото

Когда коэффициент Накамото слишком низок, блокчейн становится уязвимым к централизованному контролю, что приводит к нескольким потенциальным рискам:

• Атака 51% (в цепях PoW)
  Если небольшое количество пулов майнинга контролирует более половины хешрейта сети, они могут манипулировать проверкой транзакций, осуществлять атаки на двойные траты и даже переорганизовывать историю блокчейна.

• Манипуляция управлением (в цепях PoS)
  В сетях Proof-of-Stake, если небольшая группа валидаторов или держателей токенов контролирует более 50% избирательной силы, они могут доминировать в изменениях протокола и внедрять правила, которые выгодны им самим.

• Сниженное доверие
  Одно из основных преимуществ блокчейна заключается в устранении необходимости доверия к единому органу. Однако, если контроль слишком сосредоточен, пользователи вынуждены полагаться на несколько сущностей, а не на целостность всей сети.

• Ослабленное Сопротивление Цензуре
  Когда небольшое количество валидаторов имеют возможность подтверждать транзакции, они могут выбрать цензурировать определенные транзакции, подрывая финансовую свободу и сетевую нейтральность.

Эти риски подчеркивают критическое значение коэффициента Накамото. Создание справедливого механизма консенсуса недостаточно для обеспечения достаточной децентрализации блокчейна. Фактическая операционная децентрализация сети также должна быть количественно оценена по коэффициенту Накамото, с постоянным мониторингом и оптимизацией на основе данных реального мира.

Как рассчитывается коэффициент Накамото?

Расчет коэффициента Накамото зависит от определения наиболее критических факторов влияния на блокчейн-систему. Различные механизмы консенсуса (такие как PoW и PoS) требуют различных подходов к измерению. Весь процесс можно разбить на следующие шаги:

1. Выберите соответствующий измерительный измерение

Механизм согласования, используемый блокчейном, определяет, как распределяется власть, что непосредственно влияет на коэффициент Накамото:

• Доказательство работы (PoW): Измеряет концентрацию хэш-мощности по всем майнинг-пулам, чтобы гарантировать, что небольшая группа не может доминировать в производстве блоков.
• Доказательство доли (PoS): Оценивает вес стейкинга, удерживаемого валидаторами, чтобы оценить их влияние на консенсус, обеспечивая справедливость и безопасность.
• Делегация Proof of Stake (DPoS): В блокчейнах, таких как EOS или Solana, которые принимают DPoS, количество валидаторов часто фиксировано. Это структурное ограничение означает, что коэффициент Накамото склонен быть ниже по сравнению с системами PoW или PoS.

Различные компоненты блокчейна могут иметь разные уровни децентрализации, поэтому важно сосредоточиться на основной области, которая оценивается. Общие измерения включают:

• Операторы узлов: Оцените минимальное количество узлов, необходимых для поддержания синхронизации блоков и стабильности сети.
• Механизмы управления: Определите минимальное количество избирательных прав, достаточное для изменения результатов управления и предотвращения монополии в принятии решений.
• Анализ влияния основных команд разработки на кодовую базу для обеспечения независимости обновлений блокчейна от одной организации.

2. Рассчитайте Концентрацию Влияния

После выбора соответствующего измерения следующим шагом является оценка степени концентрации влияния:

• Ранжировать сущности по влиянию:
  Для PoW ранжируйте пулы майнинга по хэш-скорости; для PoS ранжируйте валидаторов по весу стейкинга.

• Влияние AggreGate.io до достижения критического порога:

  • Цепи PoW: Рассчитайте количество крупнейших майнинговых пулов, необходимых для превышения 51% общей хэш-мощности.
  • Цепи PoS: Определите, сколько из топовых валидаторов контролируют коллективно более 33.33% стейкинговой мощности (достаточно для блокирования консенсуса).
  • Управление: Измеряет, сколько владельцев верхних токенов может контролировать результаты предложений по управлению.

3. Определите значение коэффициента Накамото

Когда влияние aggreGate.iod достигает критического порога, минимальное количество независимых сущностей, требуемых для достижения коэффициента Накамото (N).

Примеры:

• Если всего лишь 3 майнинговых пула контролируют более 51% хэшрейта биткойна, то коэффициент Накамото = 3.
• Если 5 валидаторов держат достаточное количество заложенных токенов, чтобы превысить 33,33% в системе PoS, то коэффициент Накамото = 5.
• Если семь крупнейших держателей токенов в DAO могут односторонне принимать предложения, то коэффициент Накамото = 7.

Чем выше число, тем более равномерно распределено влияние и тем выше степень децентрализации. Напротив, низкий коэффициент Накамото указывает на излишнюю концентрацию контроля, увеличивая риск манипуляций и уменьшая безопасность сети.

Nakaflow: Инструмент визуализации коэффициента Накамото

Nakaflowэто веб-сайт, который визуализирует коэффициент Накамото на основных блокчейнах Proof-of-Stake (PoS). Платформа рассчитывает эти коэффициенты, используя общедоступные данные о распределении токенов стейкинга, такие как операторы валидаторов, например Chainflow и стейкинг-пулы, такие как Lido.

Иллюстрация: данные коэффициента Накамото, отображаемые на веб-сайте Nakaflow
(Источник: https://nakaflow.io/)

Этот инструмент предоставляет ценное понимание различий в децентрализации между различными блокчейн-сетями. Например, Polkadot обладает относительно высоким коэффициентом Накамото, указывающим на более широкое и сбалансированное распределение среди его валидаторов. Это частично обусловлено его использованием Nominated Proof of Stake (NPoS), который способствует разнообразию валидаторов.

С другой стороны, у Aptos относительно ниже коэффициент Накамото, что указывает на более концентрированный набор валидаторов. Тем не менее, он все еще значительно выше, чем некоторые традиционные блокчейны, демонстрируя более высокую степень децентрализации.

Ключевые факторы, влияющие на коэффициент Накамото

Коэффициент Накамото отражает уровень децентрализации в блокчейн-системе. Его значение влияется несколькими основными факторами, включая механизм консенсуса, экономические стимулы и безопасность сети. Помимо модели консенсуса (уже обсуждавшейся ранее), на коэффициент Накамото также значительное влияние оказывают следующие факторы:

1. Экономические стимулы

Экономический дизайн блокчейн-системы напрямую влияет на распределение валидаторов, что в свою очередь влияет на коэффициент Накамото:

• Если большинство валидаторов или майнеров принадлежат небольшому числу крупных институтов, сосредоточивается власть принятия решений, что приводит к снижению коэффициента Накамото и уменьшению децентрализации.
• Если система спроектирована для предоставления достаточных финансовых стимулов для привлечения широкого круга независимых участников и поддержки устойчивой работы узлов, распределение валидаторов становится более разнообразным, увеличивая коэффициент Накамото.

2. Сетевая безопасность и риски атак

Безопасность блокчейна тесно связана с его уровнем децентрализации. Следующие факторы, связанные с безопасностью, могут влиять на коэффициент Накамото:

• Риск атаки на 51%:
  Когда коэффициент Накамото слишком низок, злоумышленники должны всего лишь получить контроль над несколькими критическими узлами для нарушения сети. Это увеличивает риск злонамеренного вмешательства и компрометации целостности блокчейна.

• Препятствия в работе узла:
  Если технический или финансовый порог для запуска узла слишком высок, меньше участников могут присоединиться к процессу консенсуса. Это сужает пул валидаторов или майнеров, уменьшая децентрализацию и снижая коэффициент Накамото.

Применения коэффициента Накамото

Коэффициент Накамото служит важной метрикой для оценки уровня децентрализации в блокчейн-системах и имеет практическое применение в различных областях:

Оценка безопасности блокчейна

Коэффициент Накамото можно использовать для оценки устойчивости сети блокчейн к атакам. Низкий коэффициент указывает на то, что для контроля критических решений достаточно лишь нескольких субъектов, что делает блокчейн более уязвимым для атак на 51% или олигополистического контроля.

При проектировании или выборе блокчейна анализ коэффициента Накамото помогает определить его уровень децентрализации и врожденную безопасность. Например, в 2019 году Ethereum Classic (ETC) столкнулся с атакой 51%, вызванной низким коэффициентом Накамото, что привело к переорганизации транзакций на миллионы долларов, четко демонстрируя риск, создаваемый низкой децентрализацией.

Проектирование и оптимизация управления

В системах PoS и DPoS часто власть в принятии решений зависит от веса стейкинга валидаторов или методов выборов. Следя за коэффициентом Накамото, команды разработчиков и сообщества могут выявлять тенденции централизации и корректировать правила стейкинга, механизмы голосования или экономические стимулы для более равномерного распределения власти в управлении.

Сравнение и выбор между общедоступными цепями и побочными цепями

Разработчики и инвесторы могут использовать коэффициент Накамото для сравнения децентрализации на различных блокчейнах и сайдчейнах. В областях, таких как DeFi, NFT и GameFi, более высокий коэффициент Накамото подразумевает, что платформа менее вероятно контролируется одним субъектом, обеспечивая более безопасную и прозрачную среду для пользователей.

Оценка регулирования и соблюдения

Поскольку регулирующие рамки для блокчейна продолжают развиваться, власти могут использовать коэффициент Накамото для оценки того, является ли блокчейн чрезмерно централизованным и соответствует ли он стандартам децентрализации.

Например, блокчейн с очень низким коэффициентом Накамото может напоминать традиционную централизованную систему и подвергаться более строгим регулированиям. В одном из случаев комиссия по ценным бумагам и биржам США подала иск на Ripple (XRP), утверждая, что сеть была высоко централизованной из-за того, что Ripple Labs контролировали значительную долю токенов XRP и оказывали значительное влияние на сеть. Если бы у сети XRP был более высокий коэффициент Накамото с более широким распределением валидаторов, то, возможно, комиссия по ценным бумагам и биржам США не классифицировала бы ее как находящуюся под контролем одного субъекта, что потенциально снизило бы риск соответствия.

Поддержка развития Децентрализации

Сообщества и разработчики могут отслеживать тенденции децентрализации, отслеживая изменения в коэффициенте Накамото со временем. Затем они могут улучшить децентрализацию, корректируя механизмы консенсуса, снижая барьеры для участия узлов или широко распространяя права на стейкинг, что поможет обеспечить эволюцию блокчейна в соответствии с долгосрочными целями децентрализации.

Иллюстрация: Обсуждение сообщества по поводу X, где говорится о том, будет ли Cardano первой криптовалютой, достигнувшей коэффициент Накамото более 100
(Источник: https://x.com/adahandle/status/1900247129144385897/photo/2)

Заключение

Коэффициент Накамото - важная метрика для измерения децентрализации в сетях блокчейн. Он позволяет нам оценить ключевые характеристики, такие как безопасность, устойчивость к цензуре и справедливость в управлении. Более высокий коэффициент указывает на более широко распространенную структуру контроля, что означает более сильную децентрализацию. Напротив, более низкое значение подразумевает концентрированный контроль, делая блокчейн более уязвимым к манипуляциям и атакам.

Однако коэффициент Накамото - не единственный стандарт для оценки децентрализации. Факторы, такие как географическая концентрация, зависимость от инфраструктуры и внешние влияния, также критичны. Поэтому при оценке уровня децентрализации блокчейна следует принимать всесторонний взгляд, а не полагаться исключительно на одну метрику.

В перспективе повышение коэффициента Накамото будет все больше зависеть от технологических инноваций и структуры управления. Например, механизм Nomated Proof of Stake (NPoS) Polkadot помогает децентрализовать распределение стейков, позволяя номинаторам deleGate.io нескольким валидаторам, снижая риск концентрации власти. Механизм шардинга Ethereum также направлен на масштабирование участия валидаторов и повышение разнообразия сети. Кроме того, поощрение домашнего стейкинга и снижение барьеров для работы узлов может привлечь больше независимых участников и снизить зависимость от крупных поставщиков услуг стейкинга. Другие примеры включают архитектуру подсети Avalanche и модульную многоцепочечную архитектуру Cosmos, которые обеспечивают большую гибкость за счет децентрализации управления и контроля валидаторов. Эти примеры показывают, что усовершенствования в механизмах консенсуса, проектировании узлов, распределении инфраструктуры и структурах управления являются практическими путями к увеличению коэффициента Накамото и усилению децентрализации.

Поскольку эти технологии и структуры совершенствуются и получают более широкое распространение, мы приближаемся к созданию по-настоящему устойчивой к цензуре, надежной от манипуляций и устойчивой экосистемы блокчейн - осуществляя первоначальный дух и видение децентрализации.

Рисунок: Механизм шардинга Ethereum
(Source: https://www.gate.io/zh-tw/learn/articles/what-is-sharding/64)