KLIENCI LIGHT I SPOSÓB WERYFIKACJI DANYCH

Czym są klienci świetni?

W dziedzinie technologii blockchain, klient świetni odnosi się do rodzaju oprogramowania klienckiego, które współdziała z siecią blockchain bez konieczności pobierania i przechowywania pełnego rejestru lub historii całego bloku. Zamiast weryfikować każdą transakcję od początku łańcucha, klienci świetni umożliwiają użytkownikom dostęp do kluczowych danych blockchain i ich weryfikację w lekki i wydajny sposób. Taka konstrukcja odgrywa kluczową rolę w umożliwieniu urządzeniom o ograniczonych zasobach – takim jak smartfony czy systemy wbudowane – interakcji z większymi systemami blockchain, takimi jak Bitcoin i Ethereum.

Klienci świetni są szczególnie popularni w zdecentralizowanych aplikacjach (dApps) i portfelach mobilnych. Osiągają wydajność, pobierając tylko niezbędne części blockchaina, zazwyczaj polegając na bardziej zaawansowanych węzłach – zwanych pełnymi węzłami – do wykonywania zadań wymagających dużych mocy obliczeniowych i pamięci masowej. Ta delegacja zapewnia, że ​​klienci „lekcy” korzystają z bezpieczeństwa bez konieczności wykorzystywania dużych zasobów.

Klienci „lekcy” pełnią dwie główne role: umożliwiają dostęp do blockchaina na urządzeniach o niższej mocy oraz stanowią elementy składowe skalowalnych rozwiązań, takich jak łańcuchy boczne, sieci warstwy 2 czy protokoły komunikacji międzyłańcuchowej. Optymalizując wykorzystanie zasobów, klienci „lekcy” promują szerszą dostępność blockchaina.

W przeciwieństwie do pełnych węzłów, które przechowują i weryfikują stan i historię całego blockchaina, klienci „lekcy” stosują minimalistyczne podejście. Zazwyczaj nie weryfikują każdego bloku lub transakcji niezależnie, lecz opierają się na dowodach kryptograficznych dostarczanych przez pełne węzły, aby zapewnić autentyczność danych. Pomimo tego uproszczonego działania, postęp w protokołach kryptograficznych i projektach konsensusu wzmocnił gwarancje bezpieczeństwa lekkich klientów, umożliwiając im odgrywanie niezawodnej roli w ekosystemach blockchain.

Niektóre znane przykłady implementacji lekkich klientów obejmują:

• Klienci SPV (uproszczona weryfikacja płatności): Używani w Bitcoinie, klienci SPV weryfikują transakcje za pomocą nagłówków bloków i dowodów Merkle'a bez pobierania całych bloków.
• Lekcy klienci Ethereum: Przykładami są ultralekcy lub LES (Lekki podprotokół Ethereum), którzy wykorzystują techniki takie jak weryfikacja PoW i dowody stanu do efektywnej interakcji z blockchainem Ethereum.
• Lekcy klienci ZK: Wykorzystują dowody zerowej wiedzy do weryfikacji zmian stanu blockchaina przy minimalnej ilości danych i obliczeń.

Podsumowując, łatwi klienci to kluczowe technologie umożliwiające Zdecentralizowany i inkluzywny dostęp do blockchaina. Wykorzystując zaawansowane narzędzia kryptograficzne i skróty specyficzne dla protokołów, ułatwiają interakcję z bezpiecznymi środowiskami blockchain, jednocześnie omijając zasobochłonne wymagania tradycyjnych pełnych węzłów.

Jak klienci typu light weryfikują dane blockchain

Kluczem do działania klientów typu light jest ich zdolność do bezpiecznej weryfikacji danych blockchain bez konieczności przetwarzania każdej transakcji. Osiąga się to dzięki sprytnym technikom kryptograficznym i uproszczeniom protokołów, które zachowują założenia dotyczące zaufania, jednocześnie drastycznie redukując obciążenie operacyjne. Poniżej omawiamy główne metody weryfikacji stosowane przez klientów typu light w wiodących sieciach blockchain.

Weryfikacja nagłówków bloków

Klienci typu light zazwyczaj pobierają i przechowują tylko nagłówki bloków – zwartą reprezentację każdego bloku, która zawiera metadane, takie jak hash bloku, znacznik czasu, korzeń Merkle'a, hash poprzedniego bloku oraz dowód pracy lub stawkę (w zależności od algorytmu konsensusu). Walidując i łącząc te nagłówki, klienci łatwi mogą weryfikować integralność łańcucha bloków blockchaina.

Na przykład w Bitcoinie klienci łatwi wykorzystują dowód pracy wbudowany w nagłówki bloków, aby upewnić się, że najdłuższy (lub najtrudniejszy) łańcuch jest prawidłowy. Nie pobierają treści transakcji każdego bloku, oszczędzając znaczną przepustowość i miejsce na dysku.

Dowody Merkle'a dla transakcji

Aby zweryfikować uwzględnienie określonej transakcji w bloku, klienci łatwi używają dowodu Merkle'a. Obejmuje to:

• Uzyskanie pierwiastka Merkle'a przechowywanego w nagłówku bloku
• Otrzymanie krótkiej ścieżki skrótów z pełnego węzła, która łączy żądaną transakcję z tym pierwiastkiem Merkle'a
• Lokalne haszowanie tej ścieżki w celu zapewnienia jej zgodności z pierwiastkiem Merkle'a

Pozwala to klientowi lekkiemu potwierdzić, że transakcja jest zawarta w bloku, bez pobierania każdej transakcji w tym bloku.

Dowody stanu na platformach inteligentnych kontraktów

W przypadku platform takich jak Ethereum, weryfikacja bieżącego stanu kontraktu (np. salda konta lub zmiennej kontraktu) wymaga dowodów stanu. Ethereum przechowuje swój stan globalny w strukturze danych trie, a klienci łatwi mogą weryfikować określone wpisy za pomocą dowodów Merkle'a-Patricii. Polega to na żądaniu minimalnej ścieżki dowodowej potrzebnej do uwierzytelnienia obecności lub wartości klucza w drzewie, zapewniając zaufanie bez konieczności przetwarzania każdej wcześniejszej zmiany stanu.

Dowody zerowej wiedzy

Bardziej zaawansowane projekty wykorzystują dowody zerowej wiedzy (ZKP), szczególnie w nowszych protokołach lub aktualizacjach, takich jak rollupy Ethereum lub łańcuchy oparte na ZK, takie jak Mina. Dowody te pozwalają węzłowi udowodnić, że zestaw transakcji doprowadził do prawidłowego nowego stanu bez ujawniania lub przetwarzania wszystkich obliczeń. Klienci „lekcy” mogą używać zwięzłych dowodów nieinteraktywnych (SNARK lub STARK), aby natychmiast zaufać poprawności przejść między stanami przy minimalnej ilości danych.

Weryfikacja oparta na komitetach

Niektóre blockchainy, szczególnie te oparte na Proof-of-Stake (PoS), wykorzystują mechanizmy finalności oparte na komitetach, takie jak konsensus BFT Tendermint lub Casper FFG Ethereum. W tych systemach podpisy walidatorów są umieszczane w nagłówkach bloków lub dodatkowych danych, umożliwiając klientom „lekkim” weryfikację finalności poprzez sprawdzenie, czy kwalifikowana większość zatwierdziła blok. Techniki agregacji podpisów (np. podpisy BLS) pozwalają klientom weryfikować konsensus przy minimalnej przepustowości.

Dzięki tym różnorodnym technikom klienci „lekcy” zachowują zdecentralizowaną naturę blockchaina, jednocześnie obniżając barierę zasobów. Oczekuje się, że ciągłe innowacje w dowodach kryptograficznych i mechanizmach konsensusu jeszcze bardziej udoskonalą możliwości lekkich klientów, czyniąc je niezbędną infrastrukturą w przyszłych wysiłkach na rzecz skalowalności blockchain i adopcji przez użytkowników.

Zalety i przypadki użycia klientów lekkich

Klienci lekcy oferują szeroki wachlarz korzyści w środowiskach blockchain, co czyni ich niezbędnym elementem nowoczesnych zdecentralizowanych aplikacji i infrastruktury. Znacząco zmniejszając wymagania dotyczące mocy obliczeniowej i pamięci masowej, otwierają dostęp do szerszego zakresu urządzeń i użytkowników. Poniżej przedstawiono kluczowe zalety i praktyczne przypadki użycia klientów lekkich.

Główne zalety

• Wydajność: Klienci lekcy wymagają znacznie mniejszej mocy obliczeniowej, pamięci i przepustowości w porównaniu z węzłami pełnymi. Idealnie nadają się do urządzeń mobilnych, przeglądarek i systemów wbudowanych.
• Dostępność: Eliminując konieczność przechowywania pełnych danych blockchain, klienci typu light umożliwiają niedrogim urządzeniom udział w sieciach blockchain, wspierając integrację i decentralizację.
• Bezpieczeństwo: Choć nie są tak solidni jak pełne węzły, klienci typu light wykorzystują dowody kryptograficzne i zaufane mechanizmy konsensusu do bezpiecznej weryfikacji danych.
• Skalowalność: Klienci typu light zmniejszają przeciążenie sieci i czas synchronizacji poprzez selektywne pobieranie danych, co pomaga w efektywnym skalowaniu blockchainów.
• Prywatność: Niektóre projekty klientów typu light pozwalają użytkownikom na wyszukiwanie danych z wielu pełnych węzłów bez ujawniania, którymi transakcjami są zainteresowani, co zwiększa prywatność użytkowników.

Praktyczne przypadki użycia

1. Portfele mobilne i internetowe

Lekkie klienty stanowią podstawę techniczną większości mobilnych i internetowych portfeli kryptowalut, umożliwiając użytkownikom zarządzanie środkami i potwierdzanie transakcji w podróży bez konieczności utrzymywania pełnego węzła. Rozwiązania takie jak Electrum (dla Bitcoina) i MetaMask (dla Ethereum, w połączeniu z odpowiednim zapleczem) wykorzystują zasady lekkiego klienta, aby zapewnić responsywne i dostępne interfejsy użytkownika.

2. Mosty międzyłańcuchowe

Protokoły interoperacyjności wykorzystują lekkie klienty, aby umożliwić jednemu blockchainowi monitorowanie i interakcję z innym. Na przykład inteligentny kontrakt na Ethereum wykorzystujący lekkiego klienta innego łańcucha (np. Cosmos lub Bitcoin) może zweryfikować, czy określone zdarzenia miały miejsce, bez polegania na scentralizowanych dostawcach wyroczni. Umożliwia to bezproblemową wymianę tokenów i informacji między łańcuchami.

3. Sieci warstwy 2

Protokoły takie jak rollupy czy kanały płatności polegają na klientach lekkich w celu weryfikacji zobowiązań łańcucha głównego przy minimalnym narzucie. Na przykład, w optymistycznych rollupach lub rollupach ZK na Ethereum, klienci łatwi odczytują tylko korzenie stanu rollupu i dowody ważności, weryfikując integralność łańcucha, ignorując wewnętrzne transakcje rollupów.

4. Zdecentralizowane aplikacje (dApps)

Klienci lekcy umożliwiają działanie aplikacji dApps w przeglądarkach lub na platformach wbudowanych o ograniczonych zasobach. Dzięki outsourcingowi pełnej logiki łańcucha i weryfikacji tylko niezbędnego stanu za pomocą dowodów, aplikacje te pozostają lekkie i responsywne, zachowując jednocześnie decentralizację.

5. Urządzenia Internetu Rzeczy (IoT)

W rozwijającym się środowisku IoT urządzenia często mają ograniczone zasoby obliczeniowe, ale mogą korzystać z funkcji blockchain, takich jak bezpieczne znaczniki czasu czy zdecentralizowana koordynacja. Klienci świetlni umożliwiają inteligentnym czujnikom lub urządzeniom brzegowym bezpieczną i wydajną interakcję z blockchainami.

Przyszłe perspektywy i rozwój

Nadchodzące aktualizacje protokołów i innowacje badawcze prawdopodobnie jeszcze bardziej udoskonalą klientów świetlni. Działania takie jak synchronizacja klientów świetlni Ethereum za pomocą punktów kontrolnych słabej subiektywności, rekurencyjne ZKP protokołu Mina oraz IBC (komunikacja między blockchainami) w Cosmos to pionierskie skalowalne rozwiązania, które mogą w przyszłości umożliwić w pełni minimalizowane zaufanie do interakcji w różnych łańcuchach – dzięki wydajnym projektom klientów świetlni.

W miarę jak adopcja rośnie, a technologia się pogłębia, klienci świetlni będą coraz częściej pełnić rolę strażników zdecentralizowanej interakcji – bezpiecznie łącząc użytkowników, sieci i usługi w całym ekosystemie blockchain.