Nye blokkjeder blir født hele tiden. Bitcoin var den eneste blockchain i mange år, men nå er det hundrevis. Problemet er at hvis du vil bruke funksjonene som tilbys på en annen blockchain, må du kjøpe tokens for den andre blockchain.

Men alt dette kan snart endres. En utviklingsteknologi kalt sidekjeder lover å gjøre det lettere å flytte tokens over blockchains og som et resultat åpne dørene til en verden av muligheter, inkludert å bygge broer til de eldre finansielle systemene til banker.

I oktober 2017, Aggelos Kiayias, professor ved University of Edinburgh og sjefforsker ved blockchain forskning og utvikling IOHK; Andrew Miller, professor ved University of Illinois i Urbana-Champaign; og Dionysis Zindros, forsker ved universitetet i Athen, ga ut artikkelen “Ikke-interaktive bevis på arbeidssikkerhet”(NiPoPoW), introduserer et kritisk stykke til sidekjedtspuslespillet som hadde manglet i tre år. Dette er historien om hvordan de kom dit.

Men først, hva er egentlig en sidekjede?

Samme mynt, forskjellige blockchain

En sidekjede er en teknologi som lar deg flytte tokens fra en blockchain til en annen, bruke dem på den andre blockchain og deretter flytte dem tilbake på et senere tidspunkt uten behov for en tredjepart.

Tidligere har foreldrenes blockchain vanligvis vært Bitcoin, men en foreldrekjede kan være hvilken som helst blockchain. Også når et token flytter til en annen blockchain, bør det opprettholde samme verdi. Med andre ord vil en bitcoin på en Ethereum-sidekjede forbli en bitcoin.

Den største fordelen med sidekjeder er at de gir brukere tilgang til en rekke nye tjenester. For eksempel kan du flytte bitcoin til en annen blockchain for å dra nytte av personvernfunksjoner, raskere transaksjonshastigheter og smarte kontrakter.

Sidekjeder har også andre bruksområder. En sidekjede kan tilby en sikrere måte å oppgradere en protokoll på, eller den kan fungere som en type sikkerhetsbrannmur, slik at i tilfelle en katastrofal katastrofe på en sidekjede, vil hovedkjeden forbli upåvirket. “Det er en slags begrenset ansvar,” sa Zindros i en video forklare hvordan teknologien fungerer.

Til slutt, hvis bankene skulle lage sine egne private blockchain-nettverk, kunne sidekjeder muliggjøre kommunikasjon med disse nettverkene, slik at brukerne kunne utstede og spore aksjer, obligasjoner og andre eiendeler..

Tidlige samtaler

Tidlig dialog om sidekjeder dukket opp først i Bitcoin chatterom rundt 2012, da Bitcoin Core-utviklere tenkte på måter å trygt oppgradere Bitcoin-protokollen.

En idé var for en “enveisplugg”, der brukerne kunne flytte bitcoin til en egen blockchain for å teste ut en ny klient; når disse eiendelene ble flyttet, kunne de imidlertid ikke flyttes tilbake til hovedkjeden.

“Jeg tenkte på dette som et programvareteknisk verktøy som kunne brukes til å gjøre omfattende endringer,” sa Adam Back, nå administrerende direktør i blockchain-utviklingsselskapet Blockstream, i et intervju med Bitcoin Magazine. “Du kan si, vi skal lage en ny versjon [av Bitcoin], og vi tror den vil være klar om et år, men i mellomtiden kan du velge tidlig og teste den.”

I følge Back, en gang året etter, på Bitcoin IRC-kanalen, foreslo Bitcoin Core-utvikler Greg Maxwell en idé for en “toveisplugg”, hvor verdien kunne overføres til den alternative kjeden og deretter tilbake til Bitcoin på et senere tidspunkt punkt.

En toveis plugg adresserte en annen voksende bekymring den gangen. Alternative mynter, som Litecoin og Namecoin, ble stadig mer populære. Frykten var at disse “altcoins” ville fortynne verdien av bitcoin. Det var fornuftig, trodde Bitcoin Core-utviklere, å beholde bitcoin som en type reservevaluta, og henvise nye funksjoner til sidekjeder. På den måten, “hvis du vil bruke en annen funksjon, trenger du ikke kjøpe en spekulativ eiendel,” sa Back.

For å gjøre konseptet med sidekjeder til en realitet, dannet Back sammen med Maxwell og noen få andre Bitcoin Core-utviklere Blockstream i 2014. I oktober samme år ga gruppen ut “Aktiverer Blockchain Innovations med Pegged Sidechains, ”et papir som beskriver sidekjeder på høyt nivå. Miller vises også som medforfatter på papiret.

Hvordan sidekjeder fungerer

En viktig komponent i sidekjedene er et bevis på forenklet betalingsverifisering (SPV) som viser at poletter er blitt låst i en kjede, slik at validatorer trygt kan låse opp en tilsvarende verdi i den alternative kjeden. Men for å jobbe for sidekjeder, må et SPV-bevis være lite nok til å passe inn i en enkelt myntbase-transaksjon, transaksjonen som belønner en gruvearbeider med nye mynter. (Ikke forveksles med selskapet Coinbase.)

Da Blockstream-forskerne ga ut papiret sitt, visste de at de trengte et komprimert SPV-bevis for å få sidekjedene til å fungere, men de hadde ennå ikke utviklet kryptografien bak den. Så de skisserte generelle ideer på høyt nivå.

Blockstream-papiret beskriver to typer toveisplugg: en symmetrisk toveisplugg, der begge kjedene er uavhengige med sin egen gruvedrift; og en asymmetrisk toveis knagg, der sidekjeldearbeidere er fullgyldige validatorer for foreldrekjeden.

I en symmetrisk toveisplugg sender en bruker bitcoins til en spesiell adresse. Å gjøre det låser opp midlene på Bitcoin blockchain. Denne utgangen forblir låst i en konkurranseperiode på kanskje seks blokker (en time) for å bekrefte at transaksjonen har gått gjennom, og deretter opprettes et SPV-bevis som skal sendes til sidekjeden..

På det tidspunktet vises en tilsvarende transaksjon på sidekjeden med SPV-beviset, som bekrefter at penger er blitt låst på Bitcoin blockchain, og deretter låses mynter med samme kontoverdi på sidekjeden..

Mynter blir brukt og bytter hender, og på et senere tidspunkt blir de sendt tilbake til hovedkjeden. Når myntene blir returnert til hovedkjeden, gjentas prosessen. De sendes til en låst utgang på sidekjeden, en ventetid går, og et SPV-bevis opprettes og sendes tilbake til hovedblokkjeden for å låse opp mynter i hovedkjeden.

I en asymmetrisk toveisplugg er prosessen litt annerledes. Overføringen fra foreldrekjeden til sidekjeden krever ikke SPV-bevis, fordi validatorer på sidekjeden også er klar over tilstanden til foreldrekjeden. Det er fortsatt behov for et SPV-bevis når myntene returneres til foreldrekjeden.

Søk etter et kompakt bevis

I en sidekjede må et kompakt SPV-bevis inneholde en komprimert versjon av alle blokkoverskriftene i kjeden der midler er låst opp fra genese-blokken gjennom konkurranseperioden, samt transaksjonsdata og noen andre data. På denne måten kan et SPV-bevis også betraktes som et “bevis på bevis på arbeid” for en bestemt produksjon.

Inspirasjon for det kompakte SPV-beviset kommer fra en koblet liste-lignende struktur kjent som en “hopp over listen”Utviklet for 25 år siden. Ved å bruke denne strukturen på et kompakt SPV-bevis, var trikset å finne en måte å hoppe over blokkoverskrifter mens du fremdeles opprettholder et høyt sikkerhetsnivå, slik at en motstander ikke ville være i stand til å falske et bevis.

I arbeidet med problemet viste Blockstream et tidlig utkast av sidekjedepapiret til Miller, som allerede hadde overvekt kompakte SPV i noen år.

I august 2012, i et innlegg på et BitcoinTalk-forum med tittelen “High-Value-Hash motorveien,”Miller beskrev en idé for en“ merkle skip list ”som en Bitcoin light-klient kunne bruke til raskt å bestemme den lengste kjeden og begynne å bruke den. I det innlegget beskrev han betydningen av datastrukturen som “helt svimlende.”

Da Miller leste gjennom Blockstream-utkastet, oppdaget han en sårbarhet i det kompakte SPV-beviset som er beskrevet i papiret. Diskusjoner fulgte, men de “kunne ikke finne en måte å løse problemet uten å gå på kompromiss med effektiviteten,” sa Miller.

Millers ikke-trivielle bidrag til Blockstream-avisen ble til slutt noen avsnitt i vedlegg B som beskriver utfordringene med å skape et kompakt SPV-bevis.

Det skal “være mulig å i stor grad komprimere en liste med overskrifter mens du fremdeles viser like mye arbeid,” leser seksjonen, men “å optimalisere disse kompromissene og formalisere sikkerhetsgarantiene er utenfor omfanget for denne artikkelen og temaet for pågående arbeid. ”

Det pågående arbeidet ble sittende fast i tre år.

Gjør det ikke-interaktivt

I løpet av den påfølgende tiden begynte forskere ved IOHK å ta en mer seriøs interesse for sidekjeder. Planene tok form for Cardano, en ny proof-of-stake blockchain som IOHK hadde fått kontrakt om å bygge.

Cardano vil bestå av to lag: et oppgjørslag, lansert i september 2017, hvor pengemengden ville bli holdt, og et smart kontraktlag. Disse to lagene vil være to sidekjede-aktiverte blokkjeder. På denne måten kan oppgjøret forbli enkelt og sikkert mot angrep som kan forekomme på det smarte kontraktlaget. Men hvis IOHK skulle få Cardano til å fungere etter hensikten, måtte det løse sidekjeder.

I februar 2016 slapp Kiayias, den gang professor ved universitetet i Athen, og to av hans studenter, Nikolaos Lamprou og Aikaterini-Panagiota Stouka, “Bevis for bevis på arbeid med sublinear kompleksitet”(PoPoW).

Avisen var den første som formelt adresserte et kompakt SPV-bevis. Bare beviset som er beskrevet i avisen var interaktivt; mens for å jobbe for sidekjeder, måtte det være ikke-interaktivt.

I et interaktivt bevis inngår prover og verifikator en frem og tilbake samtale, noe som betyr at det kan være mer enn en runde med meldinger. I kontrast ville et ikke-interaktivt bevis være en enkel, kort tekststreng som ville passe pent inn i en enkelt transaksjon på blockchain.

PoPoW-papiret ble presentert kl BITCOIN’16, en workshop tilknyttet International Financial Cryptography Association (IFCA) Financial Cryptography and Data Security konferanse. Miller, som var på konferansen, henvendte seg til Kiayias og delte en idé for å gjøre protokollen ikke-interaktiv.

Det var en “fin observasjon”, fortalte Kiayias Bitcoin Magazine, men å sikre beviset var “ikke opplagt i det hele tatt” og ville kreve betydelig arbeid.

Zindros, som nettopp hadde begynt å jobbe med doktorgraden under Kiayias, var også på konferansen, og han trengte et tema for oppgaven. Kiayias så godt an, “så vi fortsatte, vi tre, og tilpasset PoPoW-protokollen og dens bevis på sikkerhet til den ikke-interaktive innstillingen,” sa Kiayias.

I oktober 2016 offisielt Kiayias ble med i IOHK, og et år senere ga Kiayias, Miller og Zindros ut “Non-Interactive Proofs of Proof-of-Work”, og introduserte et kompakt SPV-bevis fem år etter at sidekjeder først ble snakket om på Bitcoin-fora.

“Hvis det var interaktivt, vet jeg ikke om det hadde fungert; med et ikke-interaktivt bevis, er det veldig glatt, ”fortalte Zindros Bitcoin Magazine.

Mer arbeid som skal gjøres

Selv med NiPoPoW er sidekjeder fortsatt ikke spesifisert. Flere spørsmål gjenstår, inkludert, hvor små bevis kan gjøres? Etter at en transaksjon er låst i den ene kjeden, hvor mye tid må det gå før den kan brukes på den andre? Og vil det være mulig å flytte et token fra en sidekjede direkte til en annen sidekjede?

“Mye teori må fremdeles defineres,” sa IOHK-sjef Charles Hoskinson i en tale til Bitcoin Magazine.

Mens NiPoPoW er designet for å arbeide for proof-of-work blockchains, tror noen at hvis blockchains skal ta plass i verden i stor skala, hviler fremtiden i proof-of-stake-protokoller som Ouroboros, Algorand eller Snøhvit, som lover å være mer energieffektive enn Bitcoin.

Spesielt hvis Cardano, som er basert på Ouroboros, skal jobbe etter planen, må IOHK-forskere fremdeles oppdage et ikke-interaktivt bevis på bevis på innsats (NiPoPoS).

Hoskinson er trygg. “Vi kan absolutt gjøre det,” sa han. “Vi kan definitivt ha en NiPoPoS. Spørsmålet er hvor mange megabyte eller kilobyte det skal være? Kan vi få det ned til 100 KB? Det er egentlig spørsmålet. ”