В этой статье освещены вопросы, связанные с актуальностью подхода атомарного обмена разных монет между собой без участия посредников. Мы постарались описать особенности работы такого обмена и требования к цифровым валютам для поддержания этой функциональности. Кроме того, разобрали актуальные вопросы проектирования и запуска децентрализованных бирж на базе atomic swap, а также недостатки и риски их использования.
По определению владелец криптовалюты работает со своими монетами без участия доверенной третьей стороны, то есть trustless. Вполне естественно, что пользователи хотят и обменивать эти валюты по такому же принципу. Существующие централизованные биржи не могут удовлетворить этим требованиям. Об этом свидетельствуют многочисленные ограничения со стороны самих бирж и частые случаи их взломов.
Как происходит обмен на централизованной площадке? Алиса регистрируется на бирже и выставляет order на покупку определенного количества монет определенной криптовалюты. Боб, который уже зарегистрирован на этой бирже, видит order и, если его устраивает цена, соглашается на него. Балансы аккаунтов на этой бирже у Боба и Алисы изменяются. После этого они могут вывести эти деньги на свои кошельки.
В этой ситуации и Алиса, и Боб доверяют бирже. Точнее, они доверяют владельцам биржи, что те не заберут деньги и не исчезнут с ними. В некотором смысле пользователи должны доверять инженерам, которые проектировали и разрабатывали биржу, и другим специалистам, которые обеспечивают надежную защиту от хакеров и мошенников.
Идея атомарного обмена была предложена как альтернатива. Atomic swap – это обмен, который или выполняется неразрывно, или не выполняется вообще. Такой подход позволяет совершить обмен, даже если пользователи не доверяют друг другу. Кроме того, участник не потеряет монеты, даже если оппонент целенаправленно хочет обмануть его.
Atomic swap является идеей с большим потенциалом и может быть реализован по-разному и для совершенно разных цифровых валют. Поэтому в этой статье мы ограничимся спецификой работы atomic swap именно для таких криптовалют, как Bitcoin и Ether.
Для того чтобы цифровая валюта могла успешно поддерживать atomic swap, она должна удовлетворить некоторым фундаментальным требованиям.
Основным из них является возможность создать смарт-контракт с возможностью временной задержки. Кроме того, для совершения транзакции между двумя разными учетными системами необходимо, чтобы обе они могли использовать одну и ту же криптографическую хеш-функцию в задании условий траты монет (например, SHA-256). Это необходимо, чтобы контракт выполнялся корректно, когда пользователь предоставит результат выполнения хеш-функции. Более того, для успешного осуществления atomic swap необходимо наличие канала связи, поскольку пользователи должны off-chain обсудить условия обмена.
Atomic swap использует так называемые блокировки с ограничением по времени (HTLC). Фактически это контракты, которые поддерживает сама учетная система цифровой валюты. Пара специальных контрактов гарантирует, что если монеты одной валюты меняют владельца, то и монеты второй валюты тоже. А если одна из сторон контрактов не подтвердит перевод в срок, то монеты вернутся изначальным владельцам обратно. Таким образом, монеты обеих валют блокируются до тех пор, пока все условия не будут выполнены и подтверждены. Либо обмен монетами выполнится атомарно, либо будет отклонен полностью.
Рассмотрим этот процесс на более детальной схеме. Представьте две цифровые валюты, для учета которых применяется технология блокчейн: ? и ?. Есть два участника: Алиса (А) и Боб (Б). Сначала Алиса создает новый адрес в блокчейне валюты ? и передает его Бобу. Боб также создает новый адрес, но в блокчейне валюты ?, и передает его Алисе.
Алиса инициирует транзакцию со смарт-контрактом, на котором блокирует свои монеты, которые она хочет обменять с Бобом. Боб верифицирует этот смарт-контракт (проводит ручной или автоматизированный аудит), создает свой смарт-контракт на основе контракта Алисы и передает его ей. В свою очередь Алиса верифицирует смарт-контракт Боба в блокчейне ? и, если все корректно, публикует свое секретное хеш-значение в блокчейне ? во время разблокировки монет, которые были заблокированы Бобом. С помощью этого хеш-значения Боб может разблокировать монеты, которые Алиса заблокировала в блокчейне ?. Таким образом, совершается обмен. До момента первой публикации хеш-значения, все участники остаются при своих монетах, а после участники свободно могут получить доступ к монетам оппонента. Именно поэтому обмен можно считать trustless.
Для совершения trustless обмена atomic swap необходимо всего 4 транзакции, по 2 в каждом блокчейне, а также off-chain коммуникация между субъектами для передачи текста смарт-контракта. Поэтому время совершения обмена с помощью atomic swap может занимать от 1 часа до того времени, которое указано в смарт-контракте субъектов во временной задержке.
К валютам, которые на данный момент поддерживают atomic swap, относятся:
Стоит отметить, что до сих пор не существует единого стандарта для atomic swap. Все, кто на данный момент используют atomic swap, используют криптографию и смарт-контракты без единого стандарта.
На базе atomic swap можно построить децентрализованные биржи, которые позволят работать с несколькими учетными системами, со своим блокчейном для каждой. Но при проектировке таких децентрализованных бирж необходимо помнить, что кто угодно должен иметь возможность оставить свое предложение о покупке или продаже. Поэтому сначала необходимо наличие протокола, который позволит составить orderbook децентрализованным образом.
Что касается гарантий выполнения orders, здесь есть особенности. В случае централизованных бирж, весь баланс находится у биржи. Поэтому, несмотря на то, что пользователь в любой момент может отменить свой order, до того момента, пока он не отменен, биржа исполнит этот order в любом случае. Для децентрализованных бирж, необходимы штрафы за нарушение обязательств. Пока такой подход к решению этой проблемы является лучшим из тех, которые имеются на момент 2018 года.
В децентрализованных биржах пока нельзя реализовать так называемые dark pools – специальный orderbook, в которых никто не видит orders. Такой подход используют в централизованных биржах, чтобы скрывать предложения по обмену крупных сумм, поскольку они могут манипулировать рынком. Для реализации dark pools в децентрализованной бирже необходимо использовать сложную криптографию.
Кроме того, в децентрализованных биржах пока не будут доступны операции с фиатными валютами. Фиатные валюты не имеют учетной системы, где можно было бы прописать смарт-контракт. Поэтому нет возможности совершить atomic swap между фиатными и цифровыми валютами.
При массовом использовании atomic swap существует проблема, которая тяжело поддается решению. Допустим, что есть учетная система, внутри которой взимается очень высокая комиссия за обработку транзакций, а сами транзакции очень долго подтверждаются. Пользователи начинают продавать эту валюту, поскольку она имеет низкую пропускную способность, и создают orders на децентрализованной бирже, но эти orders при выполнении создают смарт-контракты в том же блокчейне, что и валюта, которую пытаются продать. Таким образом, сеть нагружается еще больше, ожидающие транзакции образуют еще большую очередь и пользователи еще сильнее хотят продать эту валюту, выставляя больше orders и увеличивая очередь транзакций.
В качестве аналогии можно привести пример из ядерной физики. При распаде одного ядра изотопа урана 235 оно обычно испускает от 1 до 8 свободных нейтронов. Каждый нейтрон, образовавшийся при распаде может вызвать распад соседнего ядра урана, это явление называется цепной реакцией деления ядра. Собственно, это и является принципом взрыва атомной бомбы. Причем решить проблему тушения ядерных взрывов до сих пор не удалось решить должным образом. Конечно, проблема Panic Sell в децентрализованных биржах на основе atomic swap не такая существенная в сравнении с проблемой атомных бомб, но данная аналогия очень наглядно отражает суть лавинообразного распространения панического процесса на рынке.
Из-за отсутствия третьей стороны при использовании atomic swap есть свои риски. Если пользователь не провел аудит контракта, который ему прислал оппонент, есть вероятность, что оппонент может украсть деньги первого пользователя. Кроме того, если после исполнения смарт-контракта первый пользователь забрал деньги, а оппонент не выполнил redeem script вовремя, оппонент может потерять свои деньги.
Оценив работу atomic swap, можно заключить, что идея является перспективной для создания технологии обмена цифровыми активами на trustless основе. Нужно больше времени и опыта практического применения, прежде чем появится возможность однозначно утверждать, как именно должна быть реализована идея atomic swap. Однако уже сегодня существуют децентрализованные биржи, которые используют atomic swap: BarterDEX на платформе Komodo, Altcoin, а также проект 0х. Факт, что существует спрос на подобную технологию обмена, указывает на потребности современной цифровой экономики.
По определению владелец криптовалюты работает со своими монетами без участия доверенной третьей стороны, то есть trustless. Вполне естественно, что пользователи хотят и обменивать эти валюты по такому же принципу. Существующие централизованные биржи не могут удовлетворить этим требованиям. Об этом свидетельствуют многочисленные ограничения со стороны самих бирж и частые случаи их взломов.
Как происходит обмен на централизованной площадке? Алиса регистрируется на бирже и выставляет order на покупку определенного количества монет определенной криптовалюты. Боб, который уже зарегистрирован на этой бирже, видит order и, если его устраивает цена, соглашается на него. Балансы аккаунтов на этой бирже у Боба и Алисы изменяются. После этого они могут вывести эти деньги на свои кошельки.
В этой ситуации и Алиса, и Боб доверяют бирже. Точнее, они доверяют владельцам биржи, что те не заберут деньги и не исчезнут с ними. В некотором смысле пользователи должны доверять инженерам, которые проектировали и разрабатывали биржу, и другим специалистам, которые обеспечивают надежную защиту от хакеров и мошенников.
Идея и требования к валюте
Идея атомарного обмена была предложена как альтернатива. Atomic swap – это обмен, который или выполняется неразрывно, или не выполняется вообще. Такой подход позволяет совершить обмен, даже если пользователи не доверяют друг другу. Кроме того, участник не потеряет монеты, даже если оппонент целенаправленно хочет обмануть его.
Atomic swap является идеей с большим потенциалом и может быть реализован по-разному и для совершенно разных цифровых валют. Поэтому в этой статье мы ограничимся спецификой работы atomic swap именно для таких криптовалют, как Bitcoin и Ether.
Для того чтобы цифровая валюта могла успешно поддерживать atomic swap, она должна удовлетворить некоторым фундаментальным требованиям.
Основным из них является возможность создать смарт-контракт с возможностью временной задержки. Кроме того, для совершения транзакции между двумя разными учетными системами необходимо, чтобы обе они могли использовать одну и ту же криптографическую хеш-функцию в задании условий траты монет (например, SHA-256). Это необходимо, чтобы контракт выполнялся корректно, когда пользователь предоставит результат выполнения хеш-функции. Более того, для успешного осуществления atomic swap необходимо наличие канала связи, поскольку пользователи должны off-chain обсудить условия обмена.
Принцип работы
Atomic swap использует так называемые блокировки с ограничением по времени (HTLC). Фактически это контракты, которые поддерживает сама учетная система цифровой валюты. Пара специальных контрактов гарантирует, что если монеты одной валюты меняют владельца, то и монеты второй валюты тоже. А если одна из сторон контрактов не подтвердит перевод в срок, то монеты вернутся изначальным владельцам обратно. Таким образом, монеты обеих валют блокируются до тех пор, пока все условия не будут выполнены и подтверждены. Либо обмен монетами выполнится атомарно, либо будет отклонен полностью.
Рассмотрим этот процесс на более детальной схеме. Представьте две цифровые валюты, для учета которых применяется технология блокчейн: ? и ?. Есть два участника: Алиса (А) и Боб (Б). Сначала Алиса создает новый адрес в блокчейне валюты ? и передает его Бобу. Боб также создает новый адрес, но в блокчейне валюты ?, и передает его Алисе.
Алиса инициирует транзакцию со смарт-контрактом, на котором блокирует свои монеты, которые она хочет обменять с Бобом. Боб верифицирует этот смарт-контракт (проводит ручной или автоматизированный аудит), создает свой смарт-контракт на основе контракта Алисы и передает его ей. В свою очередь Алиса верифицирует смарт-контракт Боба в блокчейне ? и, если все корректно, публикует свое секретное хеш-значение в блокчейне ? во время разблокировки монет, которые были заблокированы Бобом. С помощью этого хеш-значения Боб может разблокировать монеты, которые Алиса заблокировала в блокчейне ?. Таким образом, совершается обмен. До момента первой публикации хеш-значения, все участники остаются при своих монетах, а после участники свободно могут получить доступ к монетам оппонента. Именно поэтому обмен можно считать trustless.
Время подтверждения
Для совершения trustless обмена atomic swap необходимо всего 4 транзакции, по 2 в каждом блокчейне, а также off-chain коммуникация между субъектами для передачи текста смарт-контракта. Поэтому время совершения обмена с помощью atomic swap может занимать от 1 часа до того времени, которое указано в смарт-контракте субъектов во временной задержке.
Валюты, поддерживающие atomic swap
К валютам, которые на данный момент поддерживают atomic swap, относятся:
- Bitcoin и его форки: Litecoin, Monacoin, Zcoin, Viacoin и т. д.
- Ethereum и подобные ему проекты, смарт-контракты которых пишутся на языках программирования и выполняются в виртуальных машинах.
Стоит отметить, что до сих пор не существует единого стандарта для atomic swap. Все, кто на данный момент используют atomic swap, используют криптографию и смарт-контракты без единого стандарта.
Децентрализованные биржи
На базе atomic swap можно построить децентрализованные биржи, которые позволят работать с несколькими учетными системами, со своим блокчейном для каждой. Но при проектировке таких децентрализованных бирж необходимо помнить, что кто угодно должен иметь возможность оставить свое предложение о покупке или продаже. Поэтому сначала необходимо наличие протокола, который позволит составить orderbook децентрализованным образом.
Что касается гарантий выполнения orders, здесь есть особенности. В случае централизованных бирж, весь баланс находится у биржи. Поэтому, несмотря на то, что пользователь в любой момент может отменить свой order, до того момента, пока он не отменен, биржа исполнит этот order в любом случае. Для децентрализованных бирж, необходимы штрафы за нарушение обязательств. Пока такой подход к решению этой проблемы является лучшим из тех, которые имеются на момент 2018 года.
Недостатки
В децентрализованных биржах пока нельзя реализовать так называемые dark pools – специальный orderbook, в которых никто не видит orders. Такой подход используют в централизованных биржах, чтобы скрывать предложения по обмену крупных сумм, поскольку они могут манипулировать рынком. Для реализации dark pools в децентрализованной бирже необходимо использовать сложную криптографию.
Кроме того, в децентрализованных биржах пока не будут доступны операции с фиатными валютами. Фиатные валюты не имеют учетной системы, где можно было бы прописать смарт-контракт. Поэтому нет возможности совершить atomic swap между фиатными и цифровыми валютами.
Проблема Panic Sell
При массовом использовании atomic swap существует проблема, которая тяжело поддается решению. Допустим, что есть учетная система, внутри которой взимается очень высокая комиссия за обработку транзакций, а сами транзакции очень долго подтверждаются. Пользователи начинают продавать эту валюту, поскольку она имеет низкую пропускную способность, и создают orders на децентрализованной бирже, но эти orders при выполнении создают смарт-контракты в том же блокчейне, что и валюта, которую пытаются продать. Таким образом, сеть нагружается еще больше, ожидающие транзакции образуют еще большую очередь и пользователи еще сильнее хотят продать эту валюту, выставляя больше orders и увеличивая очередь транзакций.
В качестве аналогии можно привести пример из ядерной физики. При распаде одного ядра изотопа урана 235 оно обычно испускает от 1 до 8 свободных нейтронов. Каждый нейтрон, образовавшийся при распаде может вызвать распад соседнего ядра урана, это явление называется цепной реакцией деления ядра. Собственно, это и является принципом взрыва атомной бомбы. Причем решить проблему тушения ядерных взрывов до сих пор не удалось решить должным образом. Конечно, проблема Panic Sell в децентрализованных биржах на основе atomic swap не такая существенная в сравнении с проблемой атомных бомб, но данная аналогия очень наглядно отражает суть лавинообразного распространения панического процесса на рынке.
Риски использования atomic swap
Из-за отсутствия третьей стороны при использовании atomic swap есть свои риски. Если пользователь не провел аудит контракта, который ему прислал оппонент, есть вероятность, что оппонент может украсть деньги первого пользователя. Кроме того, если после исполнения смарт-контракта первый пользователь забрал деньги, а оппонент не выполнил redeem script вовремя, оппонент может потерять свои деньги.
Выводы
Оценив работу atomic swap, можно заключить, что идея является перспективной для создания технологии обмена цифровыми активами на trustless основе. Нужно больше времени и опыта практического применения, прежде чем появится возможность однозначно утверждать, как именно должна быть реализована идея atomic swap. Однако уже сегодня существуют децентрализованные биржи, которые используют atomic swap: BarterDEX на платформе Komodo, Altcoin, а также проект 0х. Факт, что существует спрос на подобную технологию обмена, указывает на потребности современной цифровой экономики.