Wat betekent Nothing at Stake?
Ethereum treft voorbereidingen voor de transitie van Proof of Work (PoW) naar Proof of Stake (PoS). Een veel gehoorde term is Nothing at Stake, maar wat betekent dit nu precies? Op dit moment bevindt de ontwikkeling van het decentraal gedistribueerde platform zich nog in de Metropolis fase, waarbij de Constantinople upgrade een aantal fundamentele veranderingen binnen het netwerk zal aanbrengen. De Constantinople upgrade wordt ook wel aangeduid als een “hard fork”.
Splitsing van de blockchain
Wanneer er binnen een blockchainnetwerk een hard fork wordt uitgevoerd, dan heeft dat meestal grote gevolgen voor het digitale ecosysteem, maar ook voor de virtuele valuta die aan die specifieke blockchain is verbonden. Soms betekent het een complete afsplitsing van het netwerk en ontstaan er twee verschillende blockchains met twee verschillende cryptocurrency’s. Als er een hard fork wordt uitgevoerd, dan is het consensus-mechanisme een zeer belangrijke factor. Het consensus-protocol helpt het netwerk namelijk om overeenstemming te bereiken over welke blokketen er nu precies moet worden gevolgd.
Deelname aan de loterij
Deelnemers moeten in dat geval kiezen met welke blockchain zij verdergaan. Een meerderheid van de deelnemers voor een bepaalde keuze geeft hierbij de doorslag. Bij Proof of Stake doen alle gebruikers als het ware mee aan een loterij. Bij deze loterij wordt bepaald wie het recht krijgt om een voorstel te mogen doen, over welk blok als eerstvolgende aan het netwerk mag worden toegevoegd. Iedere deelnemer slaat een bepaalde hoeveelheid cryptocurrency’s op in een zogenaamde “pool” waaruit een loterijwinnaar wordt gekozen. Deze opgeslagen hoeveelheid aan virtuele valuta zijn de basiskosten voor een deelnemer, om aan de loterij te kunnen deelnemen. Alle andere kosten zijn verwaarloosbaar laag.
Verwarring over het te volgen blok binnen de blockchain
Het winnende blok wordt geaccepteerd of geweigerd. Meer smaken zijn er niet. Op deze manier wordt de blockchain naarmate de tijd verstrijkt, steeds ietsjes langer met ieder geaccepteerd blok. De validators concurreren met elkaar voor het volgende blok. Wanneer dat desbetreffende blok de loterij heeft gewonnen, dan volgen alle deelnemers dat specifieke blok. Soms gebeuren er binnen een blockchain dingen die niet erg gewenst zijn, zoals kwaadaardige aanvallen door hackers. In zo’n situatie wordt er meestal geprobeerd om een uitgevoerde transactie terug te draaien. In dat geval worden er twee loterijwinnaars gekozen. Er worden twee blokken voorgesteld en er dreigt een splitsing van het netwerk te ontstaan. Hierdoor ontstaat er verwarring over welk er blok nu precies moet worden gevolgd.
Transactievergoedingen en beloningen ontvangen op beide blockchains
In de ideale situatie moeten de deelnemers een keuze maken voor één van de twee blokketens. Het grote probleem hierbij is echter dat iedere deelnemer in principe kan kiezen voor beide blockchains. Zoals ik al eerder aangaf zijn de enige echte kosten voor een validator, de basiskosten om aan de loterij te mogen deelnemen. De andere kosten zijn minimaal. Wanneer er een hard fork plaatsvindt binnen de blockchain, dan bestaan zijn of haar tegoeden op beide blokketens. Het kost een validator dan ook niets extra’s om beide netwerken te valideren. Hierdoor kunnen de deelnemers transactievergoedingen en beloningen ontvangen op beide decentraal gedistribueerde grootboeken.
Twee identieke blockchains naast elkaar
Als een deelnemer een keuze maakt voor één bepaalde blockchain, dan loopt hij of zij het risico om de transactievergoedingen te verliezen op de andere blockchain. Kiest de deelnemer echter beide blockchains dan hoeft hij of zij alleen maar te wachten totdat één van de blokketens als loterijwinnaar gekozen wordt en ontvangt de beloning sowieso linksom of rechtsom. Als validators kiezen voor beide blockchains dan ontstaan er twee vrijwel identieke blokketens naast elkaar, die exact op dezelfde manier uitbreiden. Dat komt omdat er bij iedere keten honderd procent overeenstemming (consensus) bestaat over de te volgen koers. Iedereen stemt namelijk voor beide blockchains waardoor het volume van de ketens op exact dezelfde manier zal toenemen.
Dubbel spenderen van transacties
Wanneer een dergelijke situatie ontstaat en de twee blokketens naast elkaar in volume toenemen, dan lijkt dit in eerste instantie geen probleem. Toch is dit een zeer onwenselijke situatie. Het heeft namelijk serieuze gevolgen voor de veiligheid van het netwerk. Een kwaadwillende malafide deelnemer kan de blockchain opzettelijk “forken” en daardoor transacties dubbel spenderen. Om transacties dubbel te kunnen spenderen hoeft hij of zij alleen maar blokken te valideren op beide blokketens, te wachten op de bevestiging van het “foute” blok en vervolgens de validatie op de eerste blockchain te staken. Als deze situatie zich voordoet dan kan de meerderheid van de stemmen naar de “foute” blokketen met de foute transactie gaan.
Niets te verliezen
Als dat gebeurt dan kan de malafide blockchain de originele blockchain vervangen. De foute transactie zal vervolgens als de officiële transactie worden geaccepteerd. De originele blokketen raakt in dat geval als het ware “verweesd”. De validator kan vervolgens beide netwerken volgen, zonder dat hij of zij geconfronteerd wordt met al te hoge kosten. Linksom of rechtsom: er is voor de deelnemer in dat geval dus in principe niets te verliezen oftewel: Nothing at Stake.
Verweesde blockchain
Het valideren van transacties op beide blockchains lijkt dus aantrekkelijk. Als de eerste blockchain “verweesd” raakt, dan ontvangen de deelnemers nog steeds alle transactievergoedingen en beloningen van de tweede blokketen. Sterker nog: wanneer een deelnemer een keuze maakt voor één blockchain dan kan hij of zij alle vergoedingen en beloningen verliezen. Het lijkt dus voor de hand te liggen om beide blokketens te kiezen, omdat er voor de deelnemers niets op het spel staat. Het is een win-win situatie.
PoW is niet kwetsbaar voor Nothing at Stake
Proof of Work (PoW) dat we kennen van het consensus-mechanisme van onder andere Bitcoin en – nu nog – Ethereum , is in principe niet kwetsbaar voor een Nothing at Stake situatie. Dat komt voor een groot deel omdat in tegenstelling tot Proof of Stake, de deelnemers worden geconfronteerd met hoge externe kosten, voor het toevoegen van nieuwe blokken binnen het netwerk. Externe kostenposten dwingen de deelnemers bij PoW tot een keuze voor één van de twee blockchains. Deze externe kosten worden vooral veroorzaakt door een heel hoog energieverbruik en dure hardware die nodig is voor het miningproces. Bij Proof of Stake zijn de enige kosten voor de deelnemers voor het valideren van blokken de opslagen tegoeden oftewel: de stake.
Constantinople upgrade en Casper
Ethereum bevindt zich momenteel (februari 2019) in de Metropolis fase. In deze fase wordt er een hard fork in het blockchainnetwerk uitgevoerd, de zogenaamde Constantinople upgrade. Deze aanpassing is noodzakelijk om de Ethereum blockchain langzaam maar zeker gereed te maken voor het Proof of Stake protocol. Na de Metropolis fase volgt de vierde en laatste fase van de Ethereum roadmap: Serenity. Deze fase die ook wel Ethereum 2.0 wordt genoemd, bestaat uit een aantal zeer belangrijke upgrades. Eén daarvan is het Casper consensus-algoritme. Door de integratie van Casper kunnen een aantal problemen die betrekking hebben op het Nothing at Stake probleem, op een efficiënte manier worden aangepakt.
Op de hoogte blijven van de ontwikkelingen op het gebied van blockchaintechnologie? Meld je dan nu aan voor de blogpost!