Гибридный DPoS

В этом документе описывается механизм консенсуса Гибридный Отложенный Proof-of-Stake (Hybrid DPoS). Этот инновационный протокол предназначен для защиты блокчейна за счёт синергии начального распределения без доверия Proof-of-Work (PoW) с финальностью и устойчивостью к атакам Proof-of-Stake (PoS). Его основная цель — снизить риск глубоких реорганизаций цепи, особенно тех, которые пытаются осуществить участники с большинством хешрейта (атаки 51%), сделав их экономически невыгодными и вычислительно неопределёнными за пределами короткого окна.

Если вам нужно руководство по стейкингу Virel, ознакомьтесь с руководством по стейкингу

Основная философия

Протокол работает по простому принципу: майнеры PoW предлагают блоки, но стейкхолдеры PoS в конечном итоге проверяют и защищают историю цепи. Майнеры свободны в выборе любого блока для майнинга, но чтобы получить полное вознаграждение и чтобы их блок внёс полный вес в цепь, они должны включить криптографическую подпись случайно выбранного стейкинг-делегата из трёх блоков назад. Это создаёт отложенный цикл проверки, который привязывает текущее продвижение цепи к установленной, обеспеченной стейкингом цепи.

Ключевая терминология

• Майнер PoW: Традиционный майнер, который использует вычислительную мощность для нахождения действительного хеша блока ниже целевой сложности сети.
• Стейкинг-пул (Делегат): Сущность, которая заблокировала стейк нативной криптовалюты в специальном контракте, что делает её подходящей для выбора для проверки исторических блоков.
• Быстрый хеш: Быстрая, небезопасная хеш-функция (например, xxHash, Blake2), используемая исключительно для справедливого и эффективного выбора делегатов. Она не защищает сам блок.
• Стейкинг-подпись: Криптографическая подпись (например, с использованием EdDSA или Шнорра), созданная приватным ключом выбранного стейкинг-пула, доказывающая, что они проверили определённый блок.
• Окно проверки: Фиксированное количество блоков (в данном случае 3) между моментом выбора делегата и моментом, когда требуется их подпись.

Как это работает: Пошагово

1. Предложение блока (Фаза PoW)

Майнер PoW успешно находит действительный nonce для нового блока N. Майнер формирует заголовок блока, который включает хеш заголовков предыдущих блоков.

2. Выбор делегата (Фаза PoS)

Хеш из нового блока N используется как случайное seed для выбора стейкинг-пула из активного набора стейкеров. Этот выбранный делегат назначается для проверки самого блока N. Его роль — подписать этот блок, но его подпись не требуется немедленно.

3. Задержка и включение подписи

Требование стейкинг-подписи откладывается. Подпись от делегата, выбранного в блоке N, должна быть включена майнером PoW три блока спустя, в блоке N+3.

• Блок N: Делегат выбран для блока N.
• Блок N+1: Делегат выбран для блока N+1.
• Блок N+2: Делегат выбран для блока N+2.
• Блок N+3: Майнер блока N+3 должен включить стейкинг-подпись для блока N в coinbase-транзакцию своего блока или в специальное поле.

4. Проверка и штрафы

Когда узел получает блок N+3, он проверяет наличие действительной стейкинг-подписи для блока N.

• ✅ Подпись присутствует и действительна:

  • Майнер PoW блока N+3 получает 100% вознаграждения за блок PoW.
  • Стейкинг-пул получает 100% вознаграждения за стейкинг PoS.
  • Блок N+3 вносит свой полный показатель сложности в совокупную сложность цепи (общую работу).

• ❌ Подпись отсутствует или недействительна:

  • Экономический штраф: Майнер PoW блока N+3 теряет 10% своего вознаграждения за блок PoW. Эта сумма сжигается (безвозвратно удаляется из обращения). Полное вознаграждение PoS для делегата также сжигается.
  • Штраф безопасности: Блок N+3 вносит только 50% своей фактической сложности в совокупную сложность цепи. Это облегчает конкурирующей цепи (которая включила все требуемые подписи) обогнать эту цепь, даже если она длиннее по количеству блоков.

Свойства безопасности и устойчивость к атакам

Устойчивость к атакам 51% PoW

Это основная функция безопасности. Злоумышленник с большинством хешрейта не может свободно реорганизовать цепь за пределами окна проверки (3 блока).

1. Чтобы реорганизовать блоки старше 3 блоков, злоумышленник должен не только майнить конкурирующую цепь быстрее, чем честная цепь, но и получить действительные стейкинг-подписи для всех блоков в своей новой цепи.
2. Поскольку делегаты выбираются случайным образом из стейкхолдеров, которые предположительно честны/не в сговоре, злоумышленник не может предсказать или контролировать, кто подпишет блоки, которые он пытается заменить.
3. Для успеха злоумышленнику потребуется либо:
   • Скомпрометировать делегатов: Получить приватные ключи конкретных делегатов, необходимых для его мошеннической цепи, что крайне маловероятно.
   • Майнить без подписей: Майнить цепь без требуемых подписей, но эта цепь будет иметь drastically reduced совокупную сложность из-за 50% штрафа на каждый недействительный блок, что приведёт к её отбрасыванию цепью честной сети.

Это делает попытки отмены транзакций старше ~6 блоков практически невозможными.

Устойчивость к проблеме Nothing-at-Stake

Проблема “Nothing-at-Stake”, когда стейкеры не несут затрат на проверку нескольких цепей, смягчена. Стейкеры получают вознаграждение только если их подпись включена в каноническую цепь. Подписание неканонической или атакующей цепи было бы напрасной тратой усилий и потенциально могло бы привести к сокращению их стейка в будущих версиях протокола.

Качество цепи и финальность

Протокол поощряет майнеров строить на цепи с наибольшей совокупной сложностью, которая также включает все действительные стейкинг-подписи. Блоки без подписей считаются “низкокачественными” и легко отбрасываются, что приводит к быстрой финальности после окна в ~3 блока.

Структура стимулирования

Участник	Действие	Вознаграждение	Штраф
Майнер PoW	Майнит блок и включает прошлые подписи	50% вознаграждения за блок	Сжигание 10% вознаграждения
Стейкинг-пул	Держит узел онлайн, подписывает назначенные блоки	50% вознаграждения за блок	Сжигание 100% вознаграждения (если не включено)

Заключение

Механизм консенсуса Hybrid DPoS обеспечивает robust слой поверх традиционного PoW. Он успешно ограничивает мощность майнеров PoW, привязывая валидность и прогрессию цепи к экономическому стейку участников PoS. Это создаёт систему, где и хешрейт, и стейк необходимы для здоровой и безопасной работы сети, эффективно устраняя возможность long-range атак и обеспечивая сильную экономическую финальность.