Cardano (ADA): Ветеран блокчейна первого уровня
Cardano — это блокчейн-платформа третьего поколения с доказательством доли (PoS), запущенная в 2017 году. Она была создана компанией Input Output Global (IOG, ранее IOHK) под руководством Чарльза Хоскинсона (соучредителя Ethereum) с целью решения ключевых проблем, с которыми сталкивались более ранние блокчейны: масштабируемость, интероперабельность и устойчивость. В отличие от многих проектов, которые быстро итерируют, разработка Cardano делает акцент на рецензируемых академических исследованиях и формальных методах с высокой степенью достоверности. Все основные компоненты строятся с нуля, а не путем форка существующих протоколов, а исследовательские работы, лежащие в основе Cardano (такие как консенсус-протокол Ouroboros), были опубликованы на ведущих конференциях. Блокчейн поддерживается совместно IOG (разработка технологий), Cardano Foundation (надзор и продвижение) и EMURGO (коммерческое внедрение). Собственная криптовалюта Cardano, ADA, питает сеть — она используется для оплаты транзакционных комиссий и вознаграждений за стейкинг. В целом, Cardano стремится предоставить безопасную и масштабируемую платформу для децентрализованных приложений (DApps) и критически важной финансовой инфраструктуры, постепенно передавая контроль своему сообществу через ончейн-управление.
Эволюция Cardano структурирована в пять эр — Байрон, Шелли, Гоген, Басё и Вольтер — каждая из которых сосредоточена на наборе основных функций. Примечательно, что разработка этих эр происходит параллельно (исследования и кодирование пересекаются), хотя они поставляются последовательно через обновления протокола. Этот раздел описывает каждую эру, ее ключевые достижения и прогрессивную децентрализацию сети Cardano.
Эра Байрона (Фаза Основания)
Эра Байрона заложила основу сети и запустила первый мейннет Cardano. Разработка началась в 2015 году с тщательного изучения и тысяч коммитов на GitHub, кульминацией чего стал официальный запуск в сентябре 2017 года. Байрон представил миру ADA — позволив пользователям совершать транзакции с валютой ADA в федеративной сети узлов — и реализовал первую версию консенсус-протокола Cardano, Ouroboros. Ouroboros был новаторским как первый доказуемо безопасный PoS-протокол, основанный на рецензируемых исследованиях, предлагающий гарантии безопасности, сравнимые с доказательством работы Биткойна. В эту эру также была предоставлена необходимая инфраструктура: настольный кошелек Daedalus (полноузловой кошелек IOG) и легкий кошелек Yoroi (от EMURGO) для повседневного использования. В эру Байрона все производство блоков осуществлялось федеративными основными узлами, управляемыми организациями Cardano, в то время как сообщество начало расти вокруг проекта. К концу этой фазы Cardano продемонстрировал стабильную сеть и сформировал восторженное сообщество, подготовив почву для децентрализации в следующей эре.
Эра Шелли (Фаза Децентрализации)
Эра Шелли перевела Cardano из федеративной сети в децентрализованную, управляемую сообществом. В отличие от резкого запуска Байрона, активация Шелли была осуществлена посредством плавного, низкорискового перехода, чтобы избежать прерываний. Во время Шелли (с середины 2020 года) Cardano представил концепцию пулов стейкинга и делегирования стейкинга. Пользователи могли делегировать свои ADA в пулы стейкинга — узлы, управляемые сообществом — и получать вознаграждения, стимулируя широкое участие в обеспечении безопасности сети. Схема стимулирования была разработана с использованием теории игр для поощрения создания около k=1000 оптимальных пулов, что сделало Cardano «в 50–100 раз более децентрализованным», чем другие крупные блокчейны, где менее 10 майнинг-пулов могут контролировать консенсус. Действительно, полагаясь на Ouroboros PoS вместо энергоемкого майнинга, вся сеть Cardano работает на крошечной доле энергии цепей с доказательством работы (сравнимо с электричеством одного дома против небольшой страны). Эта эра ознаменовала созревание Cardano — сообщество взяло на себя производство блоков (поскольку боле е половины активных узлов стали управляться сообществом), и сеть достигла большей безопасности и надежности благодаря децентрализации.
Достижения в исследованиях консенсуса (Шелли)
Эра Шелли сопровождалась крупными достижениями в консенсус-протоколах Cardano, расширяя Ouroboros для повышения безопасности в полностью децентрализованной среде. Ouroboros Praos был представлен как улучшенный PoS-алгоритм, обеспечивающий устойчивость к адаптивным злоумышленникам и более жестким сетевым условиям. Praos использует приватный выбор лидера и ключевые эволюционирующие подписи, чтобы злоумышленники не могли предсказать или нацелиться на следующего производителя блоков, смягчая целенаправленные атаки типа «отказ в обслуживании». Он также допускает отключение и повторное подключение узлов (динамическая доступность) при сохранении безопасности, пока существует честное большинство доли. После Praos, Ouroboros Genesis был исследован как следующая эволюция, позволяющая новым или возвращающимся узлам загружаться только из генезис-блока (без доверенных контрольных точек), тем самым защищая от атак на дальние расстояния. В начале 2019 года было развернуто промежуточное обновление под названием Ouroboros BFT (OBFT) как Cardano 1.5, упрощающее переход от Байрона к Шелли. Эти усовершенствования протокола — от Ouroboros Classic до BFT до Praos (и идеи в Genesis) — предоставили Cardano формально безопасный и перспективный консенсус в качестве основы его децентрализованной сети. Результат заключается в том, что PoS Cardano может соответствовать безопасности систем PoW, обеспечивая при этом гибкость динамического участия и делегирования.
Эра Гогена (Фаза Смарт-контрактов)
Эра Гогена при несла функциональность смарт-контрактов в Cardano, превратив его из реестра только для переводов в платформу для децентрализованных приложений. Краеугольным камнем Гогена стало принятие модели расширенного UTXO (eUTXO), расширения реестра UTXO Биткойна, которое поддерживает выразительные смарт-контракты. В модели eUTXO Cardano выходы транзакций могут нести не только ценность, но и прикрепленные скрипты и произвольные данные (datums), что позволяет использовать расширенную логику валидации, сохраняя при этом преимущества параллелизма и детерминизма UTXO. Одним из основных преимуществ eUTXO перед моделью аккаунтов Ethereum является то, что транзакции детерминированы — можно вне сети точно знать, будет ли транзакция успешной или неудачной (и ее эффекты) до ее отправки. Это исключает сюрпризы и напрасные комиссии из-за проблем с параллелизмом или изменений состояния другими транзакциями, что является распространенной проблемой в цепях на основе аккаунтов. Кроме того, модель eUTXO естественным образом поддерживает параллельную обработку транзакций, поскольку независимые UTXO могут потребляться одновременно, предлагая масштабируемость через параллелизм. Эти дизайнерские решения отражают подход Cardano к смарт-контрактам «качество прежде всего», направленный на безопасное и предсказуемое выполнение.
Платформа смарт-контрактов Plutus
В эру Гогена Cardano запустил Plutus, свой собственный язык программирования смарт-контрактов и платформу выполнения. Plutus — это полнофункциональный функциональный язык Тьюринга, построенный на Haskell, выбранный за его сильный акцент на корректности и безопасности. Смарт-контракты в Cardano обычно пишутся на Plutus (DSL на основе Haskell), а затем компилируются в Plutus Core, который выполняется в сети. Этот подход позволяет разработчикам использовать богатую систему типов Haskell и методы формальной верификации для минимизации ошибок. Программы Plutus делятся на ончейн-код (который выполняется во время валидации транзакций) и оффчейн-код (работающий на машине пользователя для построения транзакций). Используя Haskell и Plutus, Cardano предоставляет среду разработки с высокой степенью достоверности — один и тот же язык может использоваться от начала до конца, а чистое функциональное программирование гарантирует, что при одних и тех же входных данных контракты ведут себя детерминированно. Дизайн Plutus явно запрещает контрактам совершать недетерминированные вызовы или получать доступ к внешним данным во время ончейн-выполнения, что делает их гораздо более легкими для анализа и верификации, чем императивные смарт-контракты. Компромиссом является более крутая кривая обучения, но она приводит к смарт-контрактам, менее подверженным критическим сбоям. В итоге, Plutus предоставляет Cardano безопасный и надежный уровень смарт-контрактов, основанный на хорошо изученных принципах функционального программирования, что отличает его от платформ на основе EVM.