Блокчейн Kadena

​

Kadena - это приватный блокчейн, который успешно решил проблемы масштабируемости и приватности в системах блокчейнов. С ним также был представлен неполный язык Туринга с названием Pact, который позволяет разработку смарт-контрактов. Ключевой инновацией Kadena является алгоритм консенсуса Масштабируемого BFT, который потенциально масштабируется на тысячи узлов без потерь производительности.

Масштабируемый BFT основывается на оригинальном алгоритме Raft, являющемся преемником Tangaroa и Juno. Tangaroa является устойчивой к сбоям реализацией Raft (BFT Raft) и была разработана для решения проблем доступности и безопасности в византийских узлах алгоритма Raft. Juno - это форк Tangaroa, разработанный JPMorgan.

Оба этих предложения имеют фундаментальное ограничение - они не могут масштабироваться и при этом сохранять высокий уровень производительности. По этой причине Juno не получил большой поддержки. Приватные блокчейны имеют больше необходимых свойств для поддержания высокой производительности с увеличением количества узлов, но у упомянутых предложений нет такого функционала. Kadena решает эту проблему с помощью проприетарного алгоритма Масштабируемого BFT, который, согласно ожиданиям, сможет масштабироваться до тысячи узлов без потерь производительности.

Помимо этого, еще одним важным аспектом Kadena является конфиденциальность транзакций блокчейна. Сервис безопасности достигается с использованием комбинации ротации ключей, симметричного шифрования цепи, нарастающего хеширования и протокола Double Ratchet.

Ротация ключей используется как стандартный механизм для гарантирования безопасности приватного блокчейна. Периодическое изменение ключей шифрования является, пожалуй, лучшим решением для препятствия любым атакам при компрометации ключей. Также встроенная поддержка ротации ключей доступна в языке смарт-контрактов Pact.

Симметричное шифрование цепи позволяет применять шифрование данных транзакций в блокчейне. Эти транзакции могут быть автоматически расшифрованы участниками конкретной приватной транзакции. Протокол Double Ratchet используется для управления ключами и функциями шифрования.

Протокол консенсуса Масштабируемый BFT гарантирует адекватную репликацию и достижение консенсуса до выполнения смарт-контрактов. Процесс достижения консенсуса описывается далее.

Транзакция возникает и проходит по сети следующим образом

1. Сначала транзакция подписывается пользователем и транслируется по сети блокчейн, после чего подбирается лидирующим узлом и добавляется в постоянный лог. В этот момент также рассчитывается нарастающий хеш для лога. Нарастающий хеш - это тип хеш-функции, который позволяет вычисление хеш-сообщений в случае, когда предыдущее исходное сообщение, которое уже было прохешировано, незначительно меняется и новое хеш-сообщение вычисляется из уже существующего хеша. Такой принцип быстрее и менее требователен к ресурсам, по сравнению с обычной хеш-функцией, в которой нужна полная замена новым хеш-сообщением даже при незначительном изменении исходного сообщения.

2. Как только транзакция записана в лог лидирующим узлом, он подписывает репликацию и нарастающий хеш и транслирует их другим узлам.

3. После получения транзакции от лидирующего узла другие узлы верифицируют ее, добавляют в свои собственные логи и транслируют свои рассчитанные нарастающие хеши (доказательства кворума) другим узлам. Наконец, после получения адекватного количества доказательств от других узлов, транзакция записывается в регистрационный журнал на постоянной основе.

Упрощенная версия этого процесса, где лидирующий узел записывает новые транзакции и рассылает реплики по следующим узлам:

как только консенсус достигнут, можно начинать выполнение смарт-контрактов. Оно состоит из нескольких шагов:

1) сначала проверяется подпись сообщения;

2) вступает уровень смарт-контрактов Pact;

3) компилируется код Pact;

4) инициируется транзакция, и выполняется бизнес-логика, встроенная в смарт-контракт. В случае возникновения ошибок происходит мгновенный возврат к исходному состоянию, которое было до начала выполнения;

5) в результате транзакция выполняется, а также обновляются связанные с ней логи.

Разработчики Kadena опубликовали открытый исходный код Pact, его можно увидеть по общедоступной ссылке. Смарт-контракт в языке Pact обычно состоит из трех разделов: наборы ключей, модули и таблицы. Они описываются ниже.

Наборы ключей: этот раздел определяет схемы авторизации для таблиц и модулей

Модули: этот раздел определяет код смарт-контракта, выполняющий бизнес-логику в виде функций и пактов. Пакты внутри модулей состоят из нескольких шагов и выполняются последовательно.

Таблицы: этот раздел является конструкцией контроля доступа, определенной внутри модуля. Прямой доступ к этой таблице имеют только администраторы, указанные в наборе ключей администратора. Коду в модуле предоставлен полный доступ, по умолчанию - к таблицам.

Также в Pact доступно несколько режимов выполнения. Эти режимы включают в себя определение контракта, выполнение транзакции и запросы. Данные режимы выполнения описываются ниже.

Определение контракта: этот режим позволяет создать контракт в блокчейне с помощью одного сообщения транзакции.

Выполнение транзакции: этот режим используется для выполнения модулей смарт-контрактов, отвечающих за бизнес-логику.

Запросы: этот режим зондирует контракт в плане данных и выполняется локально на узлах из соображений производительности. Pact использует LISP-подобный синтаксис, следовательно, в коде указано именно то, что будет выполнено в блокчейне, так как он хранится в блокчейне в формате, читаемом человеком. Такая схема контрастирует с Ethereum EVM, который компилируется в байт-коде, что усложняет понимание того, какой код выполняется в блокчейне. Помимо этого, он незавершен по Тьюрингу, поддерживает неизменяемые переменные и не допускает нулевых значений. Все это повышает уровень общей безопасности при выполнении кода транзакций.

Рассмотреть полный синтаксис и функции Pact в пределах небольшой статьи невозможно, однако можно понять его эффективность. Вывод выполнения полностью совпадает со структурой кода. Благодаря этому достигается прозрачность, а также ограничиваются возможности по запуску вредоносного кода.

Kadena является новым классом блокчейнов, в которых применяется инновационная концепция повсевместного детерминизма. В ней, в дополнение к стандартной безопасности, основывающейся на данных открытых/закрытых ключей, добавлен уровень полностью детерминистического консенсуса. Это предоставляет криптографическую безопасность на всех уровнях блокчейна, включая транзакции и уровень консенсуса.

Kadena также представила публичный блокчейн в январе 2018 года, что является еще одним шагом к постройке блокчейнов с массивной пропускной способностью. Инновационная идея заключается в постройке параллельной PoW-архитектуры цепи. Этот принцип работает путем комбинирования отдельно созданных цепей на пирах в единую сеть. В результате достигается массивная пропускная способность, которая может обрабатывать более 10 000 транзакций в секунду.