Ланцюги SKALE

Ланцюги SKALE є важливою складовою мережі SKALE, пропонуючи інший підхід до масштабованості та продуктивності блокчейну, працюючи як незалежний блокчейн, який адаптований до конкретних додатків та використовуючи контейнеризовані валідаторні вузли. Кожен ланцюг працює як еластичний бічний ланцюг, який здатен масштабуватися горизонтально для обробки зростаючого обсягу транзакцій. Це досягається за допомогою динамічного розподілу мережевих ресурсів серед набору з 16 вузлів, які періодично обертаються та випадково вибираються для підвищення безпеки та децентралізації.

Архітектура ланцюгів SKALE призначена для підтримки високої пропускної здатності та низької затримки. Кожен ланцюг працює автономно, обробляючи транзакції та виконуючи смарт-контракти незалежно, що забезпечує їх здатність обробляти складні вимоги додатків децентралізованого характеру без обмежень, які накладає єдиний монолітний блокчейн. Використання контейнеризованих вузлів валідаторів дозволяє ефективно керувати ресурсами, що дозволяє ланцюгам надавати ефективне середовище для децентралізованих додатків.

Гібридна архітектура SKALE інтегрує як характеристики Шару 1, так і Шару 2: як рішення Шару 1, кожен ланцюжок керує своєю власною обробкою транзакцій, консенсусом та зберіганням даних, користуючись безпекою та оркестрацією, що забезпечується головною мережею Ethereum, а також функціонує як розширення Шару 2.

Механізм консенсусу

Мережа SKALE використовує протокол Асинхронного Бінарного Візантійського Угоди (ABBA) для свого механізму консенсусу, який спеціально розроблений для вирішення викликів децентралізованих середовищ, таких як затримка мережі та відмови вузлів. Цей протокол забезпечує швидку та безпечну обробку транзакцій, з завершенням, яке досягається, як тільки блок включається в ланцюг. Протокол ABBA також підтримує Візантійську Толерантність до Помилок (BFT), що дозволяє мережі залишатися операційною навіть у випадку, якщо деякі вузли поводяться злочинно або перебувають в аварійному стані.

Як працює ABBA

Протокол ABBA досягає консенсусу в децентралізованих системах з до однієї третини візантійських (несправних або шкідливих) вузлів. Він забезпечує узгодження двійкового значення (0 або 1), незважаючи на довільні затримки повідомлень. Він працює, дотримуючись наступних кроків:

1. Створення блокової пропозиції:

• Вузли створюють пропозиції для блоків, що містять транзакції.
• Якщо є достатньо відкладених транзакцій, пропонується блок.
• Якщо не має транзакцій, запропонований порожній блок.

2. Надійний зв'язок:

• Пропозиції надсилаються іншим вузлам за допомогою протоколу доступності даних.
• Це забезпечує досягнення більшості (більше двох третин) вузлів.

3. Голосування та агрегація підписів:

• Отримавши пропозицію, вузли додають її до своєї бази даних та надсилають частковий підпис назад.
• Коли вузол збирає достатню кількість часткових підписів для утворення супербільшості, він агрегує їх в один пороговий підпис та розсилає його.

4. Рішення консенсусу:

• Вузли використовують підписи aggreGate.iod для голосування за запропонований блок.
• Кілька інстанцій протоколу ABBA беруть участь у голосуванні за різні пропозиції.
• Блок з великою більшістю голосів приймається та додається до блокчейну.

5. Випадковість:

• Випадкові величини (монети) впливають на прийняття рішень, щоб забезпечити прогрес, незважаючи на візантійські вузли.
• Звичайні механізми монет допомагають чесним вузлам збігатися на одному рішенні.

6. Безпека та остаточність:

• Використовує підписи порогових значень та властивості BFT для забезпечення безпеки.
• Гарантує, що якщо всі чесні вузли починають з одного значення, вони погодяться на ньому за скінченну кількість раундів.
• Як тільки значення вирішено, воно є остаточним.

Криптографія BLS

Криптографія BLS (Boneh–Lynn–Shacham) з пороговими значеннями є частиною процесу консенсусу SKALE. Це дозволяє групі учасників генерувати підпис у співпраці. Це особливо корисно в децентралізованих системах для забезпечення безпечного та перевіреного консенсусу.

У BLSКожен учасник мережі має приватний ключ та публічний ключ. Приватний ключ використовується для підпису повідомлень, тоді як публічний ключ використовується для перевірки підписів. Для підпису повідомлення учасник використовує свій приватний ключ для створення підпису, який є коротким рядком, який можна додати до повідомлення. Потім будь-яка зацікавлена сторона з публічним ключем може перевірити, що підпис є дійсним і що він був створений власником відповідного приватного ключа.

У криптографії порогового рівня для створення дійсного підпису потрібно мінімальне число учасників (t з n), які мають співпрацювати. Цей параметр забезпечує безпеку системи навіть у випадку компрометації деяких учасників. Приватний ключ розбивається на кілька частин за допомогою техніки, яка називається Сховане ділення Шамира, через яку кожен учасник отримує частину приватного ключа.

Щоб згенерувати підпис, принаймні T учасників повинні об'єднати свої частки, кожна з яких створить частковий підпис, використовуючи свою частку закритого ключа. Потім вони об'єднуються, утворюючи повний підпис, який можна перевірити за допомогою відкритого ключа. Потім комбінований підпис можна перевірити за допомогою відкритого ключа, як і звичайний підпис BLS.

На практиці процес узгодження включає кілька етапів. Спочатку вузли пропонують нові блоки та діляться ними з іншими перевіряючими в мережі. Кожен перевіряючий потім перевіряє транзакції блоку та підписує їх за допомогою підпису BLS. Ці підписи агрегуються в один груповий підпис, який транслюється в мережу. Як тільки супербільшість перевіряючих підписала блок, він додається до ланцюжка, досягаючи остаточності. Цей процес забезпечує швидке підтвердження транзакцій при збереженні високого рівня безпеки.

Операція вузла

Кожен вузол працює з кількома віртуалізованими підвузлами, які є контейнеризованими екземплярами, здатними брати участь у процесі консенсусу та виконувати смарт-контракти. Ця віртуалізація дозволяє вузлам підтримувати кілька ланцюжків одночасно, забезпечуючи гнучку та масштабовану інфраструктуру для мережі.

Операції вузлів керуються набором смарт-контрактів, розгорнутих на головній мережі Ethereum, які колективно відомі як Менеджер SKALE. Ці контракти обробляють основні функції, такі як реєстрація, ротація та стейкінг вузлів. Валідатори, які працюють з вузлами, повинні дотримуватися суворих вимог щодо продуктивності та безпеки, включаючи підтримку високого часу роботи та низької затримки. Показники продуктивності постійно моніторяться, вузли оцінюються, а також винагороджуються або покарані в залежності від їхнього дотримання мережевих стандартів.

Динамічний характер роботи вузлів є важливою особливістю архітектури SKALE. Вузли періодично повертаються до різних ланцюжків SKALE, не дозволяючи будь-якому окремому вузлу стати центральною точкою відмови. Цією ротацією керують контракти SKALE Manager, які використовують алгоритми випадкового вибору для призначення вузлів ланцюгам. Цей підхід підвищує децентралізацію та безпеку мережі, гарантуючи, що контроль над будь-яким заданим ланцюгом розподіляється між різноманітним набором валідаторів.

Функції безпеки

Безпека в мережі SKALE використовує багатогранний підхід для захисту операцій. Гібридна архітектура мережі забезпечує безпеку як від власних протоколів, так і від головної мережі Ethereum. Порогові підписи BLS та Розподілена генерація ключів (DKG) використовуються для захисту міжланцюжкового обміну повідомленнями та забезпечення цілісності міжланцюжкових транзакцій. Цей криптографічний підхід запобігає несанкціонованому доступу та маніпулюванню даними, забезпечуючи довірливість мережі.

SKALE також використовує модель доказу участі (PoS), де валідатори ставлять токени SKL, щоб брати участь в мережі на обмін економічних прибутків як стимул діяти чесно і забезпечувати безпеку мережі. Вони періодично ротуються, щоб мінімізувати ризик змови та забезпечити високий рівень децентралізації, і один елемент, який відрізняє SKALE від інших блокчейнів, полягає в тому, що він також включає механізми стриження для покарання зловмисної або недбалої поведінки, подальше захист інтегрітету екосистеми.

Моніторинг вузла та продуктивність

Кожен вузол оснащений службою моніторингу вузлів (NMS), яка відстежує продуктивність інших вузлів у мережі. Цей сервіс вимірює час безвідмовної роботи та затримку, регулярно пінгуючи однорангові вузли та реєструючи ці показники в локальній базі даних. Наприкінці кожної епохи ці показники усереднюються та надсилаються до смарт-контрактів основної мережі, які використовують їх для визначення розподілу виплат між вузлами та позначення неефективних вузлів для перегляду.

Відстежуючи та оцінюючи продуктивність вузлів, мережа SKALE може оперативно виявляти та вирішувати проблеми, підтримуючи високий рівень надійності та безпеки. NMS також сприяє децентралізованому управлінню мережею, оскільки вузли підзвітні своїм вузлам, а не централізованим органам.

Продуктивність вузла також впливає на динамічне розподіл ресурсів, оскільки кожний вузол в мережі SKALE контейнеризований, що дозволяє ефективно керувати ресурсами ЦП, пам'яті та сховища, що дозволяє вузлам підтримувати одночасно кілька ланцюжків, надаючи масштабовану та гнучку інфраструктуру. Динамічний характер розподілу ресурсів забезпечує можливість вузлам адаптуватися до змінних робочих навантажень, забезпечуючи оптимальну продуктивність в усій мережі.

Міжланцюжкове повідомлення та взаємодія

Міжланцюжкове спілкування забезпечує ефективний обмін даними між ланцюжками SKALE та основною мережею Ethereum, полегшуючи передачу токенів та повідомлень між ланцюжками, використовуючи криптографію BLS з пороговими значеннями для захисту цих взаємодій. Ця можливість дозволяє розробникам створювати складні додатки, які можуть взаємодіяти з кількома ланцюжками, покращуючи їх функціональність та охоплення.

IMA підтримує різні стандарти токенів, включаючи ERC-20, ERC-721 та ERC-1155, забезпечуючи гнучкість для розробників. Забезпечуючи передачу активів та даних між ланцюжками, IMA забезпечує, що ланцюжки SKALE можуть скористатися технологією, яку пропонує екосистема Ethereum, зберігаючи при цьому власну індивідуальну діяльність. Це дозволяє йому працювати як розширення Ethereum, забезпечуючи покращену продуктивність та масштабованість.

Інструменти розробника та сумісність

Мережа SKALE, за своєю природою, сприятлива для розробників. Вона надає інструменти та сумісність з існуючими середовищами розробки Ethereum. Ланцюги SKALE повністю сумісні з Віртуальною Машиною Ethereum (EVM), що дозволяє розробникам розгортати свої існуючі смарт-контракти без модифікацій.

Мережа також пропонує різноманітні інструменти розробника для підтримки розробки додатків. Ці інструменти включають в себе SDK, API та документацію для допомоги розробникам будувати, розгортати та керувати своїми додатками на SKALE. Підтримка мережі для мови програмування Solidity, яка використовується для розумних контрактів Ethereum, додатково спрощує процес розробки. Забезпечуючи комплексний набір інструментів і підтримуючи сумісність з Ethereum, SKALE знижує поріг для входу для розробників та сприяє створенню інноваційних додатків.

Основне

• SKALE Chains забезпечують масштабоване та гнучке блокчейн-середовище з контейнеризованими вузлами валідаторів та динамічним балансуванням навантаження.
• Для консенсусу мережа використовує протокол Asynchronous Binary Byzantine Agreement (ABBA), який підтримується пороговою криптографією BLS.
• Вузли працюють з кількома віртуалізованими підвузлами, керованими розумними контрактами менеджера SKALE на Ethereum.
• Функції безпеки включають підписи BLS, DKG та модель доказу участі з економічними стимулами та штрафами для перевіряючих.
• Гібридна архітектура використовує як характеристики рівня 1, так і рівня 2, поєднуючи безпеку Ethereum з масштабованістю SKALE.