Аннотация. Этот материал посвящен объединенному майнингу в блокчейне биткоина. Coinbase-транзакция практически каждого блока биткоина, добытого за последний год или около того, содержит около двух хэшей обязательств из других цепочек — свидетельство того, что большинство майнеров занимаются объединенным майнингом. По нашим оценкам, более 90% хэшрейта биткоина связано с объединенным майнингом того или иного типа. За последние несколько лет популярность объединенного майнинга значительно возросла, что может вызывать некоторое беспокойство из-за потенциальных рисков для безопасности и увеличения угрозы централизации майнинговой отрасли. Большинство этих рисков можно уменьшить с помощью объединенного майнинга «вслепую» (blind merge mining, BMM), если использовать новые схемы.
Что такое объединенный майнинг?
Объединенный майнинг (merge mining) — это процесс майнинга двух или более криптовалют одновременно, используя алгоритм вспомогательного доказательства работы (AuxPoW). По сути, одно и то же доказательство работы может использоваться как гарантия в нескольких системах — в частности, в родительском и дочернем блокчейне (дочерняя цепочка по сути наследует некоторые характеристики безопасности родительского блокчейна). Впервые мы писали об этом явлении в 2017 году в статье «Война хэшрейта Litecoin и Dogecoin в 2014-м и ее последствия для сети биткоина и Bitcoin Cash».
Этот материал посвящен конкретно ситуациям, когда родительской цепочкой является блокчейн биткоина, и хэш обязательства из другой цепочки находится внутри блокчейна биткоина. В этих случаях в сети биткоина не требуются никакие изменения, она даже может не знать о другой системе. При этом вторая цепочка должна иметь структуру, позволяющую ей принимать и использовать заголовок блока биткоина как доказательство работы. В этом случае майнеры могут получать комиссию за добычу действительных блоков в двух системах — стандартное вознаграждение в сети биткоина и вознаграждение за добычу блока во второй цепочке.
Стандартный объединенный майнинг и объединенный майнинг «вслепую»
Также важно объяснить и выделить два теоретических вида объединенного майнинга: стандартный майнинг и майнинг «вслепую». Стандартным объединенным майнингом занимаются майнеры биткоина, в то время как объединенным майнингом «вслепую» может заниматься кто угодно, но должен заплатить комиссию майнерам.
Характеристики стандартного объединенного майнинга и объединенного майнинга «вслепую»
| Стандартный объединенный майнинг | Объединенный майнинг «вслепую» | |
| Кто занимается майнингом? | Майнеры биткоина | Все желающие; за майнинг выплачивается комиссия майнерам в биткоине |
| Проверка достоверности |
Майнеры получают поощрение за проверку достоверности блоков в обеих цепочках | Майнеры обычно проверяют только достоверность блоков в родительской цепочке, игнорируя блоки в дочерней цепочке |
|
Поощрение майнеров | Майнеры получают вознаграждение в виде токена каждой цепочки | Майнеры получают вознаграждение за выполненную работу в биткоине, даже если в дочерней цепочке возникнут проблемы |
Объединенный майнинг «вслепую» считается более безопасным, чем стандартный объединенный майнинг, так как может предотвратить влияние рисков в дочерней цепочке на родительский блокчейн. Например, в некоторых системах ошибка или проблема в дочерней цепочке может привести к прекращению выработки блоков или реорганизации блокчейна в родительской цепочке. Еще одна потенциальная проблема, связанная со стандартным объединенным майнингом, в том, что затраты на проверку достоверности данных в дочерней цепочке могут быть непомерно высокими (например, из-за больших размеров блоков), что может привести к централизации майнинга в родительской цепочке. К сожалению, насколько нам известно, в настоящее время более распространен стандартный объединенный майнинг, а майнинг «вслепую» остается относительно редким.
В качестве примера систем объединенного майнинга «вслепую» можно привести два конкурирующих решения: более раннее предложение Пола Шторца (который определил многие теоретические проблемы объединенного майнинга), BIP301, и недавнее, улучшенное предложение Рубена Сомсена, не рассчитанное на какой-то «конкретный» софтфорк. Veriblock также можно рассматривать как систему для объединенного майнинга «вслепую», хотя использование блокчейна биткоина делает этот механизм довольно спорным.
В этом исследовании мы сосредоточимся на стандартном объединенном майнинге, а именно на случаях, когда хэш обязательства из другой цепочки находится в заголовке блока или в сoinbase-транзакции, а не просто в любой транзакции. Это решение обусловлено тем, что выполнить поиск хэшей других цепочек в сoinbase-транзакции намного проще, чем во всех транзакциях. Кроме того, как мы объясняли выше, стандартный объединенный майнинг представляет больший интерес с точки зрения безопасности. Поэтому интересно, насколько распространен этот тип майнинга.
Где находится хэш обязательства?
Майнеры должны добавить хэш других цепочек в определенное место, чтобы избежать любых сомнений в отношении того, какое обязательство является подлинным. Их выбор довольно ограничен, ведь место в заголовке блока практически нет, поэтому используется сoinbase-транзакция. Мы определили два места в сoinbase-транзакции для добавления хэша обязательства другой цепочки:
- В качестве выхода транзакции Coinbase OP_Return
- В подписи скрипта (scriptsig) транзакции Coinbase
В этом материале мы попытаемся оценить распространенность объединенного майнинга, исходя из того, как менялось присутствие хэша другой цепочки в этих двух частях coinbase-транзакции с течением времени.
Выходы сoinbase-транзакции
Мы проверили всю историю блокчейна, с 2009 по октябрь 2020 года, и подсчитали частоту выходов с нулевым значением в сoinbase-транзакции. Почти все из них — выходы OP_Return. Как показано на Рисунке 1 ниже, распространенность этих выходов в последние годы резко возросла. В 2020 году в каждой транзакции с биткоином было в среднем 2,3 выхода OP_Return, в то время как до 2017 года это число фактически было равно нулю.
Как мы объясняли в марте 2018 года, в обновлении SegWit корень дерева Меркла добавляется в дерево Меркла SegWit в coinbase-транзакции. Это обязательство очень похоже на многие обязательства других цепочек, которые используются для объединенного майнинга, поскольку и там, и там используется выход OP_Return. Поэтому мы добавили SegWit на график ниже (его принятие достигло почти 100%). Безусловно, SegWit нельзя считать альтернативной цепочкой, но, начиная с 2018 года, даже без SegWit, выход OP_Return все чаще встречается в coinbase-транзакциях. Это может указывать на рост популярности стандартного объединенного майнинга.
Рисунок 1. Количество выходов с нулевым значением в coinbase-транзакции биткоина (в среднем на 1000 блоков)
(Источник: BitMEX Research)
Как показывает график, помимо SegWit, мы определили блокчейн RSK как основную причину этого роста (выделен красным цветом). Нам удалось идентифицировать эти транзакции благодаря присутствию в выходе метки, связанной с RSK. В какой-то момент в 2019 году начали появляться выходы OP_Return другого происхождения, но нам пока не удалось идентифицировать эти проекты. На Рисунке 2 ниже массовое принятие RSK рассмотрено более подробно. На графике показано, что распространенность RSK среди майнеров биткоина в настоящее время составляет 40–50%.
Рисунок 2. Процент блоков биткоина с хэшем обязательства цепочки RSK в coinbase-транзакции (в среднем на 1000 блоков)
(Источник: BitMEX Research)
Как показано на Рисунке 3 ниже, частота выходов OP_Return будет разной в разных майнинговых пулах; в одних пулах объединенный майнинг распространен больше, чем в других. Например, на HuoBi и Binance очень низкий уровень принятия РСК, но их выходы в coinbase-транзакции содержат дополнительные OP_Returns, предположительно, из других проектов. С другой стороны, у SlushPool очень высокий уровень принятия РСК — 88%, но других выходов OP_Return очень мало. Похоже, в последнее время пул Binance принял RSK, поэтому популярность объединенного майнинга с RSK продолжит расти.
Рисунок 3. Среднее количество выходов с нулевым значением в coinbase-транзакции в блокчейне биткоина по майнинговым пулам (данные начинаются с 500-тысячного блока)
(Источник: BitMEX Research)(Примечание. Майнинговые пулы организованы по количеству найденных блоков. Пул определен на основе данных ForkMonitor).
Распространенность объединенного майнинга, исходя из данных scriptsig в coinbase-транзакции
Еще одно место для добавления хэша обязательства — подпись скрипта (scriptsig) coinbase-транзакции. Характеристики этого типа объединенного майнинга приведены здесь. Эта схема описывает метод добавления корня дерева Меркла обязательств нескольких альтернативных цепочек в скрипт coinbase-транзакции. Эта система экономит место в блоке, так как устраняет необходимость в добавлении нескольких хэшей обязательств в случае объединенного майнинга в нескольких цепочках. Эта схема используется в Namecoin, первой монете, которую добывают методом объединенного майнинга, и первой альтернативной монете после биткоина.
Как и раньше, мы проверили весь блокчейн биткоина с 2009 по октябрь 2020 года в поисках доказательств объединенного майнинга этого типа. Как показано на Рисунке 4, на основании нашего анализа, майнинг по этой схеме начался в конце 2011 года. После этого процесс объединенного майнинга довольно быстро занял почти 75% хэшрейта, но в 2016 году упал почти до нуля. В последнее время применение этой схемы объединенного майнинга снова активизировалось и в настоящее время составляет около 85%.
Рисунок 4. Процент блоков биткоина со дополнительным доказательством выполнения работы в скрипте coinbase-транзакции (в среднем на 1000 блоков)
(Источник:: BitMEX Research)
Но как объяснить значительные перепады в популярности этой схемы объединенного майнинга на протяжении истории биткоина? Сделать это в двух словах невозможно. Они могут быть связаны с ошибками в программном обеспечении Namecoin, которые могли привести к резкому снижению популярности цепочки среди майнеров в разные годы или с изменением популярности различных майнинговых пулов с течением времени. На Рисунке 5 показана цена Namecoin в этот период — кажется, в некоторой степени она коррелирует с использованием этой схемы объединенного майнинга, что также может частично объяснить изменения ее популярности среди майнеров биткоина. В этом случае возобновление роста в 2017 году может быть вызвано появлением ценового пузыря ICO и выпуском Namecoin Core, основанного на текущей версии Bitcoin Core (а не на очень старой версии Bitcoin), что, возможно, облегчило объединенный майнинг.
Рисунок 5. Цена Namecoin (долл. США)
(Источник: Coinmarketcap.com)
Как показано на Рисунке 6, последние годы большинство майнинговых пулов используют именно эту схему объединененного майнинга. Исключением (среди крупных пулов) являются Antpool, где эта схема используется на 71% меньше, чем в остальных пулах, и BitFury, в котором эта схема практически не используется.
Рисунок 6. Процент хешей обязательств объединенного майнинга в подписи скрипта (scriptsig) coinbase-транзакции (данные начинаются с 500-тысячного блока)
(Источник: BitMEX Research) (Примечание. Майнинговые пулы организованы по количеству найденных блоков. Пул определен на основе данных ForkMonitor).
Заключение
Мы с удивлением узнали, насколько популярным стал объединенный майнинг среди майнеров биткоина в последние годы. Кроме того, для нас стало неожиданностью, что майнеры используют для объединенного майнинга не одну, а несколько схем и несколько компьютерных программ, в которых теоретически возможны сбои и ошибки. Каждая coinbase-транзакция содержит хэши обязательства нескольких (иногда 4–5) альтернативных систем на базе блокчейна. Учитывая высокий уровень принятия среди майнеров биткоина, в некоторых случаях это может вызвать дополнительные проблемы с безопасностью. Например, многим майнерам приходится использовать сложные или ресурсоемкие схемы объединенного майнинга, чтобы сохранить экономическую рентабельность, что может способствовать усилению централизации в майнинговой отрасли. Кроме того, реорганизация дочерних цепочек или ошибки в них могут вызвать проблемы в родительской цепочке, но качественное внедрение программного обеспечения должно свести этот риск к минимуму.
Описанные выше схемы объединенного майнинга «вслепую» позволяет снизить большинство этих рисков безопасности, поэтому распространение таких новых схем было бы предпочтительным. Однако неясно, существует ли какой-либо существенный стимул для перехода на системы майнинга «вслепую». По крайней мере, мы не обнаружили никаких доказательств того, что на альтернативные цепочки объединенного майнинга приходится сколько-нибудь значительная часть вознаграждения за добычу блока, поэтому вполне вероятно, что риски безопасности, связанные с объединенным майнингом, на практике довольно ограничены. В то же время мы не нашли никаких доказательств того, что объединенный майнинг создает проблемы для блокчейна биткоина. Тем не менее, за этой ситуацией следует внимательно следить.