Biała księga Chia część 4 - Chialisp i jego możliwości

Konsensus Nakamoto z wykorzystaniem Proof of Space and Time

Blockchain Chia Network opiera się na nowym algorytmie konsensusu Nakamoto – Proof of Space and Time. W przeciwieństwie do Proof of Work metoda ta nie potrzebuje ogromnych zasobów energii elektrycznej i nie wymaga wyspecjalizowanego sprzętu. Łańcuch bloków Chia Network wraz z coinem Chia stanowią „zieloną”, ekologiczną alternatywę dla Proof of Work. Niewykorzystana przestrzeń dyskowa jest szeroko dostępna, nie generuje potrzeby tworzenia specjalistycznego sprzętu, a ponadto stanowi zasób nadmiarowy. Ceny prądu nie mają wielkiego znaczenia w przypadku nośników danych. Będą jeszcze mniej znaczące, gdy dyski SSD staną się tańsze niż ich mechaniczne alternatywy (HDD). Farmienie Chia już teraz cechuje się większą decentralizacją niż Proof of Work i Proof of Stake. Wymaga również znacząco mniejszego nakładu energii i zasobów. W punkcie szczytowym na blockchainie Chia działało około 700 tysięcy pełnych węzłów. W październiku 2021 roku ilość ta wahała się w granicach 200 – 300 tysięcy. Węzły te zużywały wówczas trzysta razy mniej energii niż oparty o Proof of Work Bitcoin.

Satoshi Nakamoto wybrał Proof of Work, aby rozwiązać krytyczne problemy związane z zaufaniem dużej grupie anonimowych ludzi starającej się dojść do porozumienia w kwestii księgi transakcji. W sieci stosunkowo łatwo stworzyć wiele fałszywych osobowości. Jedna osoba jest w stanie podawać się za tysiąc różnych ludzi w mediach społecznościowych. Proof of Work wymusza na każdej jednostce lub podmiocie przedstawienie dowodu wykonanej przez siebie pracy. W ten sposób kontrolowanie więcej niż jednego konta lub tożsamości będzie znacząco utrudnione.

Dodatkowo Proof of Work dokonuje wyboru kolejnej osoby odpowiedzialnej za walidację bloku transakcji w sposób, którego losowość można udowodnić matematycznie. Użytkownik sieci ma dzięki temu pewność, że osoba walidująca jego transakcję nie będzie człowiekiem, któremu właśnie coś sprzedał. Takie podejście pozwala uniknąć sytuacji, w której weryfikator mógłby sfałszować przebieg transakcji i oznaczyć ją jako niesfinalizowaną. Losowe wybieranie osób walidujących kolejne bloki transakcyjne zapobiega unikaniu płatności lub dublowaniu wydawanych środków. Satoshi liczył na to, że „jednostką pracy” będą niewykorzystane cykle procesorów komputerów konsumenckich. Okazało się jednak, że algorytmy Proof of Work są podatne na akcelerację przez wyspecjalizowane układy ASIC. Doprowadziło to do sytuacji, w której głównym czynnikiem wpływającym na koszt generowania dowodów pracy był dostęp do tanich źródeł prądu. Osoby posiadające znaczący kapitał i dostęp do niedrogiej energii mogły wygenerować więcej dowodów pracy na minutę i dolara niż użytkownik korzystający z domowego laptopa.

Proof of Space jest metodą generowania dowodów posiadania nieużywanej przestrzeni na dysku twardym. Użytkownicy blockchainu Chia Network instalują specjalne oprogramowanie, które generuje i przechowuje na niewykorzystanej przestrzeni dyskowej zbiór wartości kryptograficznych w postaci dużych plików zwanych „plotami”. Użytkownicy ci nazywani są farmerami i stanowią przeciwieństwo górników Proof of Work. Gdy nowy blok jest rozgłaszany w łańcuchu bloków Chia Network, farmerzy skanują swoje ploty w poszukiwaniu wartości zbliżonej do numeru nowej łamigłówki wywodzącej się z Proof of Time. Operacja poszukiwania dowodu przestrzeni jest szybka i bardzo wydajna. Możliwe jest obsłużenie farmy wielkości jednego petabajta za pomocą Raspberry Pi. Prawdopodobieństwo trafienia bloku jest równe stosunkowi przestrzeni posiadanej przez farmera do wielkości całej sieci w momencie pojawienia się danej łamigłówki. Szansa na wygraną odbywa się 4608 razy dzienne.

Przestrzeń dyskowa będąca zasobem zapewniającym unikalną tożsamość kolejnego weryfikatora ma właściwości, których Nakamoto oczekiwał od procesorów. Przedsiębiorstwa i użytkownicy końcowi nabywają zazwyczaj nośniki o nadmiarowych pojemnościach z zamiarem użycia ich w przyszłości. Obecnie najtańszym sposobem przechowywania losowych danych jest wykorzystanie pustej przestrzeni dysków twardych oraz nośników SSD. Ponadto po zakończeniu farmienia nośniki te można wykorzystać ponownie, przechowując na nich bazy danych lub kolekcje zdjęć. Dowody przestrzeni dają całkowitą pewność, że farmer walidujący kolejny blok transakcji zostanie wybrany losowo.

Poszukiwanie dowodów przestrzeni zajmuje stosunkowo niewiele czasu. Osoby posiadające ogromną przestrzeń dyskową mogłyby zatem generować alternatywne przebiegi transakcji, tym samym naginając stan rzeczywisty. W związku z tym Chia Network wdrożyła drugi komponent zwany Proof of Time. Wymaga on upłynięcia pewnego czasu pomiędzy pojawianiem się kolejnych bloków. Metoda ta została zaimplementowana za pomocą Weryfikowalnej Funkcji Opóźniającej (ang. Verifiable Delay Function). Jej wykonanie wymaga poświęcenia pewnych zasobów czasowych. Weryfikacja odbywa się jednak błyskawicznie. Kluczową ideą kryjącą się za VDF są operacje sekwencyjne. W związku z tym jednoczesne korzystanie z wielu komputerów, procesorów, kart graficznych lub układów ASIC nie generuje dodatkowych benefitów. To z kolei minimalizuje zużycie energii. Nie ma konieczności implementowania dużej ilości serwerów VDF, czyli tzw. Lordów Czasu (ang. Timelord). Użytkownicy chcący zapewnić dodatkowe bezpieczeństwo w sieci mogą jednak takowy serwer uruchomić. Jako pierwszy operację ukończy najszybszy serwer VDF, a wygenerowanie kompletnego bloku i przesunięcie łańcucha dalej wymaga tylko jednego Timelorda. Proof of Time daje dodatkową pewność, że weryfikator kolejnego bloku zostanie wybrany we w pełni nieprzewidywalny sposób. Tym samym sytuacja, w której strona transakcji byłaby jednocześnie jej weryfikatorem, jest niemal niemożliwa. Chia nawiązała współpracę z Supranational, aby stworzyć pierwszy na świecie, otwartoźródłowy i ogólnodostępny układ ASIC obsługujący VDF. W ten sposób możliwe było ograniczenie ataków z wykorzystaniem możliwie najszybszych Timelordów.

Podobnie jak w przypadku Bitcoina, trudność pracy w blockchainie Chia Network dostosowywana jest dynamicznie. W ten sposób trzydzieści dwa kompletne bloki powinny być generowane ze średnim czasem docelowym długości dziesięciu minut. Nie każdy z nich jest blokiem transakcyjnym. W ciągu każdych dziesięciu minut oczekuje się jedenastu lub dwunastu bloków transakcyjnych. Poziom trudności farmienia dostosowuje się średnio co 24 godziny na podstawie przestrzeni sieci oraz wydajności najszybszego Timelorda, aby utrzymać regularne czasy docelowe. Trudność wzrasta, jeśli bloki pojawiają się zbyt szybko, niezależnie od czynnika, który to powoduje. W przeciwnym razie poziom maleje. Wraz ze wzrostem przestrzeni sieci i rywalizacji farmerów można spodziewać się coraz mniejszych nagród.

Chialisp

Chialisp jest językiem programowania inteligentnych coinów Chia Network. Opiera się na funkcyjnym języku programowania Lisp. Wszystko na blockchainie Chia jest coinem. Inteligentne coiny łączą w sobie funkcjonalność inteligentnych kontraktów i transakcji. Chialisp został zaprojektowany pod kątem bezpieczeństwa i prostoty, zapewniając jednocześnie potężne i obszerne możliwości. Aplikacje działające na łańcuchu bloków Chia Network powinny zapewniać funkcjonalności związane z płatnościami i zastosowaniami finansowymi. Obecnie rozwój Chialisp skupia się głównie na tworzeniu referencyjnych portfeli i coinów na potrzeby kontroli finansowych, Zdecentralizowanych Identyfikatorów (DID), giełd DEX oraz NFT. Wydanie standardu CAT1 dało poczucie, że blockchain Chia sprawdzi się wybitnie w przypadku prawdziwych zasobów oraz tych istniejących na łańcuchu bloków.

Blockchain Chia Network umożliwia użytkownikom dostosowywanie nadzoru i uzgadnianie warunków rozliczeniowych. Dzięki temu przeprowadzanie transakcji za pomocą Chia jest procesem łatwym i przyjaznym. Chialisp udostępnia poziom kontroli dorównujący, a nawet przewyższający wewnętrzne kontrole księgowe. Chroni także fundusze przed przypadkową utratą, kradzieżą lub atakami hackerskimi. Oferuje również różne poziomy tolerancji ryzyka wraz z zachowaniem pełnej kontroli. Chialisp zostało zaprojektowane tak, aby inteligentne coiny można było w prosty sposób wykorzystać w ramach tworzenia raportów SSAE 18, SOC 1 oraz SOC 2, a także w ramach audytów finansowych GAAP lub IFRS.

Powyższe informacje mogą wydawać się bezużyteczne dla osób, które nie prowadzą samodzielnego nadzoru swoich kryptowalut. Ma to jednak znaczenie dla tych, którzy dbają o bezpieczeństwo swoich zasobów we własnym zakresie. Mechanizmy nadzoru wbudowane w Chialisp dają im poczucie spokoju.

Chialisp śledzi możliwe do wydania coiny w oparciu o model UTXO. Jest to proste i niezawodne podejście wykorzystywane także w przypadku Bitcoina. Chialisp oferuje udoskonalone wsparcie dla rozrachunków netto. Transakcji otwierających i usuwających kanały płatności nie można odróżnić od zwyczajnych transferów. Zasady Chialisp są wymuszane na blockchainie dla ponadprzeciętnego bezpieczeństwa.

Tokeny CAT stanowią odpowiednik tzw. „kolorowych coinów (ang. colored coins)” w ekosystemie Chia. Jest to termin w luźny sposób określający klasę metod reprezentujących i zarządzających prawdziwymi zasobami na blockchainie. Tokeny CAT występują jako inteligentne coiny zagnieżdżone w ułamkowych częściach Chia (Mojo – jedna bilionowa Chia). Umożliwiają one definiowanie i emisję zasobów na blockchainie Chia Network. Ponadto dziedziczą one wszystkie funkcjonalności inteligentnych coinów Chialisp, w tym wszystkie systemy nadzoru i kontroli obejmujące natywną walutę Chia.

Dodanie do portfela obsługi DID umożliwia emitentowi tokenu CAT określenie, że nikt nie będzie w stanie pozyskać zasobu, dopóki, przykładowo, nie przejdzie procedury KYC/AML lub nie zostanie zweryfikowany w krajowym rejestrze. Weryfikacja ta powinna odbyć się w sposób chroniący prywatność i opierający się na standardzie Zdecentralizowanych Identyfikatorów W3C.

Swapy wielokrotnego podpisu i atomowe swapy

Swapy wielokrotnego podpisu i atomowe swapy (ang. atomic swaps) stanowią budulec inteligentnych transakcji o większej złożoności. Są również podstawą wielu prostszych systemów kontroli i nadzoru. Przykładowa korporacja może wymusić na dwóch spośród trzech sygnatariuszy wydanie pieniędzy z portfela lub dokonanie wymiany pomiędzy Bitcoinem i Chia w sposób, który nie będzie wymagał zaufania innej stronie w celu zaproponowania i sfinalizowania swapu. Protokół sygnatur IETF BLS wpływa znacząco na prostotę i bezpieczeństwo systemów wielokrotnych podpisów. Sygnatury mogą być łączone ze sobą. Nie trzeba ich składać w ustalonej kolejności, w tym samym czasie lub miejscu.

Portfele autoryzowanych odbiorców płatności

Portfele autoryzowanych odbiorców płatności mają funkcję białej listy. Korporacja może na przykład oddelegować uprawnienia do wydawania środków posiadanych przez kontrolera do administratora płac. Będzie on mógł wówczas wykonywać płatności na adresy Chia ustalone przez kontrolera lub dyrektora finansowego. W ten sposób możliwe jest złagodzenie konsekwencji przechwycenia poczty elektronicznej lub włamania się do komputera administratora płac. Zapobiega to także próbom sprzeniewierzenia. Chia Network zamierza udoskonalić elastyczność tego procesu za pomocą swoich portfeli opartych o tożsamość rozproszoną. Na ten moment referencyjna wersja tego procesu została zaimplementowana w ramach formatu portfela nadrzędnego i podrzędnego (ang. parent wallet, child wallet format).

Wycofywanie transakcji

Gdy jedna organizacja przesyła za pośrednictwem blockchainu coiny innej firmie, muszą być wykonane dwie operacje. Przede wszystkim musi nastąpić pewna ilość potwierdzeń blokowych. Odbiorca musi mieć pewność, że wysłane coiny są ważne i nie zostały wydane podwójnie, czyli nie zostaną unieważnione przez sieć w przyszłości. Musi również zaistnieć potwierdzenie, że transakcja jest w toku. Od momentu jej rozpoczęcia do sfinalizowania może upłynąć kilka minut. Mechanizm wycofywania płatności nakłada okno czasowe, w trakcie którego nadawca może odzyskać fundusze już po zarejestrowaniu pierwotnego transferu w blockchainie. Dodanie trzeciego klucza umożliwia wycofanie lub przyspieszenie transferu coinów. Można w ten sposób zredukować ryzyko związane z prowadzeniem transakcji oraz implementować modele biznesów depozytowych. Jeżeli nadawca zauważy literówkę w adresie odbiorcy już po dokonaniu transakcji, może ją wycofać i ponowić po zastosowaniu poprawek. W przypadku niektórych systemów o ścisłej kontroli istnieje możliwość implementacji dłuższego okresu, w którym wszystkie wykonane z portfela transfery można skontrolować i wycofać, jeżeli zostaną uznane za niewłaściwe. W modelu biznesu wysyłkowego klient może oddelegować możliwość zarządzania depozytem do firmy wysyłkowej. Jeżeli odbiorca otrzyma przesyłkę, firma ta przekaże środki sprzedawcy. Jeśli przesyłka nie zostanie otrzymana w ustalonym czasie, fundusze trafią z powrotem do kupującego.

Portfele z limitem transakcji

Istnieje możliwość tworzenia portfeli, z których można wydać ograniczoną ilość coinów w ustalonym przedziale czasowym. Przykładowo możliwe jest nałożenie restrykcji, które ograniczają wydatki do 1/52 salda na tydzień. Jeżeli portfel zostanie skradziony lub narażony na utratę przez podmioty trzecie, można skorzystać z głównego portfela, aby odzyskać fundusze, które nie zostały jeszcze utracone. Chia opublikowała tego typu portfele w sieci testowej w sierpniu 2020 roku.

Powolne portfele papierowe

Obecnie jedną z najlepszych praktyk dotyczących kryptowalut jest przechowywanie kopii zapasowej aktywnego lub gorącego portfela w formie papierowej. Jest to podejście roztropne, ponieważ sprzęt może ulec uszkodzeniu, utracie lub kradzieży. To samo jednak tyczy się portfela papierowego – w przypadku jego kradzieży możliwe będzie przejęcie kontroli nad wszystkimi funduszami. Powolne portfele papierowe przechowują specjalną, inteligentną transakcję, która ma możliwość uruchomienia opóźnionego czasowo procesu odzyskiwania funduszy z gorącego portfela. Nie jest to jednak duplikat klucza prywatnego. Jeżeli ktoś dokona kradzieży powolnego portfela papierowego i rozpocznie powyższy proces, zostanie to wykryte przez aktywny portfel, który przekieruje transfer funduszy do nowego portfela. Rozpoczęcie operacji odzyskiwania może wymagać depozytu zabezpieczającego, który dodatkowo utrudni próby kradzieży za pośrednictwem powolnego portfela papierowego.

Portfele cyfrowej tożsamości

Chialisp udostępnia portfele cyfrowej tożsamości, które posiadają dogłębne opcje odzyskiwania. Umożliwiają osobom indywidualnym i organizacjom zapisanie swojej tożsamości oraz systemu permisji na blockchainie, który nie wymaga uprawnień. Użytkownicy mogą anonimowo delegować kontrolę nad swoją tożsamością do swojej rodziny lub radcy prawnego. Delegaci będą mogli wówczas odzyskać tę tożsamość, zachowując jednocześnie możliwość odzysku i korzystania z własnej tożsamości. W ten sposób możliwe jest utworzenie pewnych relacji opartych na zaufaniu i powiernictwie. To z kolei otwiera drogę do cyfrowego dziedziczenia. Dzięki temu twórcy zasobów na blockchainie Chia Network uzyskują możliwość wymagania od użytkowników końcowych okazania z poziomu swoich portfeli cyfrowej tożsamości świadectw uzyskanych za pośrednictwem procesów KYC/AML. Tacy użytkownicy mogą wówczas uzyskać uprawnienia do otrzymania kapitału, subskrypcji funduszu hedgingowego lub do stablecoina wspieranego przez rząd. Emitent zasobów lub administratorzy usług weryfikacyjnych będą mogli w prosty sposób odbierać uprawienia w przypadku zmiany statusu użytkownika.

Tokeny CAT

Tokeny zasobów Chia (ang. Chia Asset Tokens) umożliwiają osobom indywidualnym, instytucjom finansowym, korporacjom i rządom emisję zasobów na blockchainie. Dziedziczą one możliwości inteligentnych transakcji łańcucha bloków Chia Network i opierają się o globalnie zdecentralizowaną, bezpieczną walidację zapewnianą przez Proof of Space and Time. Tokeny ERC-20 są obecnie najbardziej rozpoznawaną wersją kolorowych coinów, lecz są one bardzo ograniczone. Są zależne od inteligentnych kontraktów Solidity, które charakteryzują się licznymi uchybieniami bezpieczeństwa. Ponadto w odczuciu użytkowników końcowych blockchainu Ethereum nie są one jego natywną częścią, ponieważ każdy zasób musi zostać indywidualnie aktywowany przez portfele lub giełdy pieniędzy cyfrowych. Najnowsze badania dotyczące bezpieczeństwa wykazały, że zasoby te są podatne na fałszerstwo ze strony giełd. Tokeny CAT dziedziczą wszystkie możliwości Chialisp. Dzięki temu sprawdzają się w ramach emisji aktywów o wysokim stopniu zgodności, a także są ściśle powiązane z portfelami Chia.

W przeciwieństwie do inteligentnych kontraktów Solidity tokeny CAT mogą być wykorzystywane do tworzenia zasobów o krótkotrwałej wartości. W związku z tym aplikacje na blockchainie Chia zazwyczaj nie wymagają błyskawicznych pożyczek. Była to jedna z głównych wad zdecentralizowanych finansów Ethereum. Krótkotrwałe tokeny CAT łączą się z natywnym mechanizmem wymiany Chia. Pliki Ofert częściowo sfinalizowanych transakcji o dowolnej złożoności stanowią lepszy budulec dla aplikacji i transakcji arbitrażowych w porównaniu do rozwiązań tworzonych przez projekty DeFi. Ponadto model coina/UTXO znacząco zredukował problemy związane z maksymalną wartością możliwą do wydobycia (MEV), z którymi zmagały się łańcuchy bloków oparte o Solidity.

Zastosowania Chialisp

Chialisp jest uogólnionym językiem programowania i środowiskiem deweloperskim. Umożliwia łączenie wszystkich prymitywów i przykładowych funkcjonalności adekwatnie do danego zastosowania. Deweloperzy mogą tworzyć nowe i niespotykane dotąd możliwości za pomocą zestawu narzędzi Chialisp. Zmiany w protokole lub środowisku Chia Network nie będą konieczne, ponieważ wcześniej wspomniany język programowania zapewnia bezpieczeństwo i możliwość przeprowadzenia audytu aplikacji. Chia Network wierzy, że Chialisp stanowi najlepsze narzędzie do zastosowań związanych z powstającym ruchem DeFi.

W przypadku przedsiębiorstw amerykańskie fundusze hedgingowe mogą wykorzystać tokeny CAT do zarządzania własnością subskrypcji. Na inwestorach mogą natomiast wymusić przedstawienie swojej cyfrowej tożsamości, aby zweryfikować ich obywatelstwo, kwalifikacje, a także status KYC/AML. Wszystkie powyższe operacje odbywałyby się natywnie na blockchainie Chia Network. Rządy mogłyby wyemitować oparte o walutę krajową stablecoiny dla wszystkich, którzy posiadają certyfikat tożsamości cyfrowej KYC. Tokeny CAT na łańcuchu bloków Chia Network mogą być wykorzystywane jako karty podarunkowe, a także na potrzeby emisji długu lub akcji. Mogą obejmować wszystko, co związane jest z emisją zasobów, śledzeniem i zarządzaniem.

W związku z tym, że Chialisp wraz z modelem coina udostępniają funkcjonalności DEX oraz AMM, wszystkie zasoby egzystujące w ekosystemie Chia również je dziedziczą. Handlowanie peer-to-peer, zautomatyzowane łańcuchy opcji i łatwy dostęp do listingów giełd scentralizowanych już wkrótce będą dostępne dla każdego zasobu wyemitowanego za pomocą standardu CAT na blockchainie Chia.

Chialisp i dobór sygnatur BLS ułatwiają implementację kanałów płatności, co czyni je bardziej bezpośrednimi niż w przypadku Bitcoina lub Ethereum. Rozwój w tej przestrzeni postępuje błyskawicznie. Firma przewiduje adopcję najlepszych technologii opracowanych przez społeczność warstwy drugiej, w tym wsparcia dla Lightning Network w wersji dla Chia oraz implementacji Zero Knowledge Rollup.