Quai Network — это сеть блокчейнов совместимая с EVM, основанная на объединенном майнинге, способная координировать бесконечное количество блокчейнов или исполнительных сегментов с помощью инновационного механизма консенсуса Proof-of-Entropy-Minima (PoEM). Благодаря такому подходу сеть Quai в состоянии обеспечить высочайшую пропускную способность (TPS) более 50 000 транзакций в секунду. Архитектура сети представляет собой компонуемую многопоточную среду выполнения, в которой блоки создаются примерно каждые 1,1 секунды.
Все сегменты (шарды) могут передавать и получать состояния с использованием объединенного майнинга, который позволяет создавать хеш-связанные ссылки между сегментами. Quai расширяет традиционный механизм производства блоков на основе Proof-of-Work (POW) и позволяет осуществлять передачу данных между сегментами без введения дополнительных механизмов проверки.
Обзор Quai Network
Quai обеспечивает практически бесконечную масштабируемость используя динамическое сегментирование для добавления в сеть большого количества исполнительных сегментов по мере того, как растет спрос на блочное пространство. Такое решение позволяет сети поддерживать недорогие транзакции по мере постоянного роста пользовательской базы и высокой нагрузки на сеть. Кроме великолепных показателей масштабируемости, Quai сохраняет высокую степень децентрализации для создания не подлежащей цензуре сети.
Ключевые особенности Quai:
- Иерархическая структура. Все сегменты Quai организованы в трехслойную сетевую иерархию. Каждый майнер должен одновременно добывать блоки в трех блокчейнах. Благодаря использованию объединенного майнинга получается добиться высочайшей пропускной способности, а за счет повторного использования хеша для нескольких блокчейнов, майнинг становится в разы энергоэффективней.
- Многопоточная среда. Quai предоставляет многопоточное выполнение, что значительно увеличивает доступное блочное пространство в множестве взаимосвязанных сегментов. Именно многопоточная среда позволяет Quai Network обеспечить обработку более 50 000 транзакций в секунду.
- Бесконечное масштабирование. Использование механизма консенсуса PoEM позволяет устранить все разногласия из консенсуса и координировать бесконечно растущее количество сегментов выполнения. Сеть может алгоритмически добавлять сегменты выполнения, чтобы удовлетворить постоянно растущий спрос на блочное пространство.
Механизм консенсуса Proof-of-Entropy-Minima (PoEM)
Механизм консенсуса Proof-of-Entropy-Mimima (PoEM) во многом основан на консенсусе Накомото, известном как Proof-of-Work (PoW). PoEM, как PoW, использует хеши, сгенерированные конкурирующими между собой майнерами, для проверки достоверности предлагаемого блока. Тем не менее, отличие PoEM заключается в принципе сравнения и измерения этих хешей.
В отличии от PoW, в котором рассматриваются все блоки, соответствующие определенному уровню сложности, в PoEM измеряется внутренний вес блока для расчета случайности, удаляемой каждым предложенным новым блоком. Такой подход гарантирует, что все узлы в сети всегда отдают предпочтение одному конкретному блоку перед любыми другими вариантами.
Устраняя таким образом разногласия из консенсуса, механизм PoEM позволяет всем узлам оставаться в постоянно консенсусе, что отличает данный механизм консенсуса от других, убирает временные затраты на достижение консенсуса и исключает возникновение конфликтов.
Ключевые преимущества данного механизма:
- Мгновенное разрешение форков. При условии наличия одного и того же набора информации, каждый узел в сети всегда будет принимать одно и то же решение в следующем блоке.
- Быстрая финализация. Доказательство Entropy Minima позволяет осуществлять более быструю математическую гарантию включения транзакций в блокчейн, чем другие существующие на данный момент механизмы консенсуса.
- Бесконечное количество сегментов. Постоянный консенсус является необходимым условием для координации бесконечного количества сегментов выполнения, поэтому механизмы консенсуса, которым требуется время для разрешения разногласий путем достижения консенсуса, неэффективны в условиях динамического сегментирования.
Иерархическая структура
Quai Network — первая сеть блокчейнов, использующая сегменитование для разделения состояния без разделения безопасности, что позволяет создавать подсети для масштабирования блокчейна без ухудшения безопасности. Каждая из таких подсетей работает как независимый асинхронный поток выполнения, а их согласование осуществляется посредством объединенного майнинга, что обеспечивает бесшовную многопоточную среду выполнения.
Шардинг (Sharding) потенциально является многообещающим методом масштабирования блокчейнов. Однако традиционные реализации сегментирования не только разделяют состояние, но и разделяют сетевую безопасность, что приводит к сложности координации, рискам и задержкам при обновлении состояния между сегментами. Quai Network использует объединенный майнинг, который решает эти проблемы, позволяя базовому механизму консенсуса одновременно защищать и координировать все сегменты таким образом, чтобы поддерживать традиционные гарантии безопасности на основе хэша.
Иерархия Quai, основанная на объединенном майнинге, объединяет многочисленные потоки с помощью хеш-связанных ссылок, что позволяет транзакциям и взаимодействиям со смарт-контрактами осуществляться атомарно во всех сегментах сети. Такие сегменты в многопоточной среде Quai имеют 3 уровня сетевой иерархии:
| Тип | Уровень | % от хешрейта сети | Время блока |
|---|---|---|---|
| Prime | 1 (верхний) | 100% | ~1000 секунд |
| Region | 2 (средний) | ~33% | ~100 секунд |
| Zone | 3 (нижний) | ~11% | ~10 секунд |
Рассмотрим подробнее о том, за что отвечает каждый из уровней иерархии:
- Prime — это самый верхний уровень иерархии. Это единый блокчейн, блоки в котором добываются всеми майнерами и имеют самую высокую сложность, чтобы обеспечить гарантию безопасности каждого блока. Prime — это блокчейн заголовков, который используется исключительно для координации подсетей и не поддерживающий никаких состояний. В нем нет счетов и транзакций.
- Region — множество сегментов на втором уровне, объединенных единым блокчейном Prime. Благодаря объединенному майнингу, регионы периодически хешируются вместе с Prime. Как и Prime, регионы не несут никакого состояния и существуют исключительно для координации сегментов Zone.
- Zone — нижний уровень в иерархии Quai. Зоны связаны хешем с доминирующими блоками в Prime и Region посредством объединенного майнинга. Зоны — это единственные типа сегментов сети, которые поддерживают состояние и обрабатывают транзакции. Каждая зона представляет собой один поток выполнения, что и позволяет сети Quai быть компонуемой многопоточной средой выполнения.
Объединенный майнинг (Merged Mining)
Объединенный майнинг (Merged Mining) — это майнинг комбинированного заголовка, сгенерированного из нескольких блокчейнов. Объединенный майнинг происходит тогда, когда майнер может проверить каждый хэш на соответствие порогу сложности нескольких отдельных блокчейнов. На практике это позволяет одному компьютеру одновременно майнить и защищать множество блокчейнов без увеличения требований к оборудованию или энергопотреблению.
Объединенный майнинг может проводиться только между блокчейнами, использующими один и тот же алгоритм хеширования. Все блокчейны Quai используют алгоритм хеширования ProgPoW, а сторонние сети, использующие тот же алгоритм ProgPoW, могут принять решение объединить майнинг с Quai. Каждый майнер Quai объединяет три блокчейна одновременно — по одному с каждого уровня иерархии Quai.
Совпадающие блоки — это блоки, которые действительны в нескольких блокчейнах Quai. Совпадающие блоки создают атомарные, связанные хешем ссылки между сегментами. При объединенном майнинге в нескольких блокчейнах, майнеры иногда находят блоки, которые соответствуют требованиям сложности нескольких блокчейнов. Таким образом, совпадающие блоки являются естественным побочным продуктом объединенного майнинга и не требуют создания какого-либо механизма, кроме майнинга Proof-of-Work (PoW).
Совпадающие блоки удерживают все блокчейны Quai взаимосвязанными, периодически привязывая уровни 2 и 3 к работе верхнего уровня Prime, и позволяют передавать данные между уровнями в не требующей доверия среде посредством создания ссылок, связанных с хешем.
