Что такое Ethereum?

Если вы знакомы с криптовалютами, то наверняка хотя бы раз слышали и об Ethereum — второму по капитализации блокчейну после Биткоина. Многие задаются вопросом: если BTC уже придуман и реализован, зачем нужен альткоин ETH? Какие функции выполняет его блокчейн и в чем его особенности? На эти и другие часто задаваемые вопросы мы ответим в этой статье.

Определение Ethereum

На официальном сайте проекта сказано, что «Ethereum — это технология для создания приложений и организаций, хранения активов, совершения транзакций и общения без контроля со стороны центрального органа».

Ethereum стал основой для развития децентрализованных финансов (DeFi) и Интернета третьего поколения (Web3) на основе блокчейн-решений. Отсюда следует, что Ethereum — не просто блокчейн, а, скорее, платформа, на базе которой разработчики могут создавать децентрализованные приложения (DApps) и автономные организации (DAO).

Ethereum относится к сетям первого уровня (Layer-1), как и Bitcoin, BNB Chain, Litecoin, Cardano, Solana. Он является блокчейном второго поколения, поскольку предоставляет функционал для совершения автономных двусторонних операций.

Криптовалюта ETH

ETH или Эфир — это криптовалюта, используемая в расчетах при совершении транзакций в сети Ethereum. Монета ETH используется для:

• Оплаты комиссии (газа);
• Покупки токенов на децентрализованных биржах и NFT;
• Обеспечения в различных DeFi операциях (получение кредитов, выпуск стейблкоинов);
• Запуска приложений: каждое взаимодействие со смарт-контрактом требует оплаты комиссии.

Примечание: не путайте термины Ethereum и ETH. Эфириум — это блокчейн-сеть, которая обрабатывает и хранит транзакции, а монету называют Эфиром.

Газ в Ethereum

Для работы любого механизма нужна энергия, которую дает топливо (прим. автора: в переводе с английского «gas» означает «бензин»). Комиссию в сети Ethereum называют газом — это единица измерения вычислительных затрат, необходимых для выполнения операции в блокчейне Эфириума. Пользователи платят за газ криптовалютой ETH.

Стоимость газа определяется так: чем сложнее транзакция, тем она дороже. Например, перевод криптовалюты на кошелек — это простая транзакция, не требующая вызова функций смарт-контракта. Так выглядит эта операция в обозревателе:

Как видите, маршрут простой: из кошелька А в Б. Комиссия за транзакцию составила всего $0,78.

Примером сложной транзакции будет обмен или своп: кошелек взаимодействует со смарт-контрактом, запуская цепочку транзакций. Затрат больше, соответственно, стоимость выше. На скриншоте видно, что маршрут стал длиннее, а комиссия увеличилась до $4,97:

Газ в Эфириуме состоит из двух частей:

• Цена газа (Gas price) — стоимость одной единицы газа. Измеряется в гвеях (Gwei). 1 Gwei равен 0,00000001 ETH;
• Лимит Газа (Gas limit) — количество Gwei, используемое для оплаты транзакции.

Примечание: минимальная единица в Эфириуме — вей (Wei). Gwei расшифровывается как Giga Wei и равен 1 000 000 000 Wei. Единица вей слишком мала, поэтому для расчета стоимости газа используют именно гвей.

Цену и лимит газа криптокошельки обычно выставляют автоматически, но пользователь может поменять любое из этих значений вручную в зависимости от своих возможностей. Чем больше плата за газ, тем быстрее валидаторы подтвердят транзакцию. Однако, если комиссия будет слишком маленькой, то транзакция может застрять в очереди на несколько часов или дней.

Ноды

Нода — это узел в блокчейн-сети, который обрабатывает данные в соответствии с предоставленными им правами. В Ethereum существует три типа узлов:

• Полные (валидаторы);
• Легкие
• Архивные

Работу сети обеспечивают полные ноды. Валидаторы проверяют и добывают новые блоки с транзакциями, записывают их в блокчейн, а также защищают сеть от различных видов атак.

В награду валидаторы получают Эфир — та самая криптовалюта, которой пользователи оплачивают газ за транзакцию. Вознаграждение за блок в настоящее время формируется исключительно из комиссий, часть из которых «сжигается».

Стать валидатором в сети Ethereum может любой. Для этого необходимо заблокировать в смарт-контракте минимум 32 ETH через специальные клиенты, например, Geth или Nevermind. Запуск собственной ноды потребует технических знаний и опыта работы с командной строкой.

Руководство по установке и настройке полной ноды доступно на официальном сайте проекта. Если вы хотите запустить ноду, не вдаваясь в технические тонкости, то на этой странице предоставляют такие услуги.

Легкие ноды подходят для устройств с небольшим объемом памяти. Они проверяют транзакции лишь частично и не хранят записи блокчейна. Блоки с транзакциями в Ethereum состоят из «заголовка» и «тела». Содержимое блока — это дерево хешей, то есть данных, преобразованных в строку фиксированной длины. Заголовок блока содержит только корень, где хранится достаточно информации о транзакциях и их состоянии для проверки легкими нодами.

Архивные ноды не проверяют транзакции. Они занимаются лишь хранением истории блокчейна. Такие узлы используют обозреватели блоков, провайдеры кошельков и аналитические сервисы.

История и ключевые события

Ethereum придуман и основан в 2013 году программистом Виталиком Бутериным, Гэвином Вудом, Чарльзом Хоскинсоном, Энтони Ди Иорио и Джозефом Любином — спустя пять лет после создания Bitcoin. В этом же году команда опубликовала White Paper — документ, описывающий принципы работы Ethereum и создания децентрализованных приложений.

Первичное размещение монет (ICO)

В 2014 году команда проекта провела первичное размещение монет или Initial Coin Offering (ICO), собрав за 12 часов рекордную на тот момент сумму — 3700 BTC или $18,3 млн. В момент размещения ETH были проданы всего по $0,31.

Немного позднее блокчейн Ethereum стали использовать для проведения ICO всех новых токенов, выпускаемых на платформе. Самыми нашумевшими токенсейлами стали EOS и Telegram Open Network (ныне Toncoin), которые собрали по $4,2 млрд и $1,7 млрд соответственно.

Запуск основной сети Ethereum

Сама сеть была запущена 30 июля 2015 года. C этого момента сообщество начало строить полностью автономную финансовую экосистему, основанную на распределенной технологии блокчейн и экономике криптовалют.

Как и Bitcoin, первоначально блокчейн Ethereum работал на алгоритме консенсуса «доказательство работы» (Proof-of-Work). Майнеры добывали новые блоки, используя мощное оборудование: видеокарты (GPU) и специальные устройства для майнинга (ASIC). Алгоритм PoW призван защитить блокчейн-сеть от DDoS-атак и двойного расходования — это когда один и тот же актив тратят дважды.

Цифровые деньги существуют в виде электронной записи, которые можно дублировать, как файлы на компьютере. Чтобы этого избежать, в блокчейне предусмотрели защиту от копирования: после подтверждения транзакции потратить монеты повторно будет нельзя. Если все это уже реализовали в Bitcoin, то зачем же нужен Ethereum?

Сделки с двумя контрагентами

Bitcoin децентрализован и позволяет совершать односторонние сделки без посредника, используя всего два ключа: открытый, который является адресом, и закрытый, предоставляющий владельцу право тратить монеты из кошелька. Другими словами, владельцы BTC могут только хранить, отправлять и получать монеты на кошелек. Сеть Bitcoin не способна обрабатывать двусторонние сделки, например, покупку цифрового актива.

В блокчейне Ethereum впервые реализовали технологию смарт-контрактов, описанную Ником Сабо еще в 1996 году. Смарт-контракт — это алгоритм, который запрограммирован выполнить сделку между двумя сторонами в соответствии с заранее установленными условиями. Все сделки фиксируются в блокчейне и не требуют наличия посредников.

Модели учета счетов

Блокчейны Bitcoin и Ethereum также отличаются моделями учета счетов, которые определяют происхождение и владение активами в сети. Bitcoin использует UTXO (Unspent Transaction Output) — выход неизрасходованных транзакций. Кратко объясним, как это работает.

Дело в том, что блокчейн Биткоина не позволяет тратить монеты с кошелька частями. Точно так же вы не можете разделить банкноту при использовании наличных денежных средств.

У каждого кошелька есть вход и выход. Вход — это сколько монет поступило одной транзакцией, а выход — сколько можно потратить. При этом, например, если на вход поступило 10 BTC, то и вывести можно ровно 10 BTC. Возникает вопрос: что же делать, если нужно потратить 5 BTC?

Чтобы пользователи могли тратить монеты частями, Биткоин использует специальные адреса для сдачи, на которые отправляется неизрасходованная часть транзакции. Например, Боб получил за одну транзакцию 50 BTC и хочет перевести Алисе 0,5 BTC. При отправке транзакции с кошелька выводятся все 50 BTC, только 0,5 BTC получает Алиса, а остальные 49,5 BTC возвращаются на адрес Боба для сдачи, то есть остаются неизрасходованными.

Ethereum же основан на модели учета типа Account. Cчета представлены в виде «сущности» с балансом ETH. Аккаунты в Ethereum можно использовать как:

• Кошелек, контролируемый приватным ключом;
• Смарт-контракт, управляемый программным кодом.

Помимо хранения, отправки и получения монет/токенов аккаунты могут взаимодействовать со смарт-контрактами для совершения более сложных операций, например, обмен токена USDT на UNI, получение кредита в токене DAI под залог ETH, обмен ETH в сети Ethereum на WETH в сети BNB Chain и прочее.

Выпуск децентрализованных приложений и токенов

Блокчейн Биткоина поддерживает только криптовалюту BTC. Никакие приложения и токены создать не получится, так как сеть не поддерживает смарт-контракты.

Команда Ethereum представила специальный язык программирования Solidity, на котором разработчики создают децентрализованные приложения с функциями смарт-контрактов. Приведем примеры таких приложений:

• Децентрализованные биржи Uniswap, SushiSwap, Curve, Balancer;
• DEX-агрегатор 1inch, реализующий обмен с использованием ликвидности нескольких децентрализованных бирж сразу;
• Кредитные протоколы Aave и Compound;
• Кроссчейн-мост Stargate для перевода активов между сетями;
• Платформа MakerDAO для выпуска стейблкоинов DAI, привязанных к курсу доллара, под залог криптовалюты и токенов;
• Протокол Tornado Cash для микширования, то есть сокрытия транзакций;
• Маркетплейсы OpenSea и Rarible для покупки/продажи NFT-токенов.

В Ethereum разработаны стандарты для выпуска пользовательских токенов:

• ERC-20 для взаимозаменяемых токенов;
• ERC-721 и ERC-1155 для невзаимозаменяемых.

Разработчики могут выпускать собственные приложения и/или токены. Например, изначально у бирж Unswap и 1inch не было собственных, то есть нативных токенов — их выпустили позже и раздали бесплатно всем, кто пользовался этими приложениями.

Для каждого проекта или токена создается отдельный смарт-контракт, который взаимодействует с блокчейном Ethereum. Получается, что «‎умные контракты»‎ только обеспечивают операционную часть, все транзакции все равно валидируются в основной сети. Безопасность отдельного смарт-контракта не может повлиять на работу блокчейна, но один раз случилось иначе.

Взлом The DAO и раскол Ethereum

Первый и крупнейший инцидент с Ethereum произошел в 2016 году — спустя всего год после запуска основной сети. По иронии первое децентрализованное приложение The DAO, запущенное на этом блокчейне, стало чуть ли не роковым для платформы и поставило под вопрос дальнейшее существование всей разработки.

The DAO предоставлял функционал для объединения монет пользователей в пулы и голосования за проекты, в которые предлагалось инвестировать средства. После запуска проекта хакеры обнаружили уязвимость в коде протокола и украли нативные токены DAO на сумму $50 млн. Сегодня взломы различных смарт-контрактов стали обыденностью, но тогда инцидент потряс сообщество не меньше, чем банкротство печально известной биржи Mt.Gox.

После взлома The DAO сообщество разделилось на два лагеря: одни пользователи хотели откатить транзакции в блокчейне до момента взлома, другие — выступали против такого решения. В конце концов нынешние разработчики Ethereum при поддержке майнеров провели хардфорк, создав параллельный блокчейн, а оригинальная сеть продолжила свою работу с названием Ethereum Classic.

Хайп вокруг NFT

В ноябре 2017 года на блокчейне Ethereum вышла Play-to-Earn (P2E) игра CryptoKitties, которая выявила еще одну проблему платформы после The DAO — низкая пропускная способность. Из-за ажиотажа вокруг NFT проекта число необработанных транзакций в моменте достигало 30 000, а некоторым пользователям приходилось ждать подтверждения в блокчейне несколько дней. Все вышеперечисленные факторы повлияли на рост стоимости транзакций.

Обновления Ethereum

Сообщество выдвигает предложения по улучшению Эфириума — Ethereum Improvement Proposals (EIPs). Перечислим основные обновления, которые значительно повлияли на работу сети.

Tangerine Whistle и Spurious Dragon (ноябрь 2016)

Оба обновления были запущены, чтобы защитить сеть Ethereum от атак типа «отказ в обслуживании» (DDoS) и повысить устойчивость ее работы.

Byzantium (октябрь 2017)

Обновление стало первым этапом перехода платформы на алгоритм консенсуса «доказательство доли» (Proof-of-Stake). В рамках Byzantium было реализовано 9 предложений по улучшению Ethereum, но мы расскажем о двух самых важных из них:

• EIP-100 — изменение формулы регулировки сложности майнинга (хешрейта);
• EIP-649— задержка «бомбы сложности» на год и снижение награды за блок с 5 до 3 ETH.

Бомба сложности была создана для того, чтобы простимулировать переход майнеров на Proof-of-Stake и снизить вероятность еще одного крупного форка.

Примечание: первоначально разработчики включили бомбу сложности в сеть Ethereum еще в 2015 году, чтобы поддержать возможный переход с алгоритма консенсуса PoW на PoS.

В Byzantium также были добавлены криптографические методы, направленные на масштабирование сети Ethereum. Одним из них стал ZK-Snarks или «доказательства с нулевым разглашением» — это набор алгоритмов, которые делают транзакции в блокчейне одновременно зашифрованными и проверяемыми.

Constantinople (февраль 2019)

Самым обсуждаемым нововведением этого обновления стал EIP-1234, который отложил «бомбу сложности» еще на 12 месяцев и снизил награду за блок с 3 до 2 ETH.

Форк Constantinople уменьшил время нахождения блока до рекордных на тот момент 12,5 секунд.

Istanbul (декабрь 2019)

8-е обновление Ethereum, направленное на усиление защиты сети от DDoS-атак.

В Istanbul изменили принципы расчета газа (EIP-1108 и EIP-1884), снизив стоимость с 68 до 16 gwei на байт (EIP-2028), повысили масштабируемость и оптимизировали процессы.

Muir Glacier (январь 2020)

Обновление снова задержало «бомбу сложности» (EIP-2384), но на этот раз на 4 млн блоков — приблизительно 611 дней. Muir Glacier активировали из-за возросшей нагрузки на сеть Ethereum во избежание повышения время ожидания транзакций.

Запуск Beacon Chain (декабрь 2020)

Команда Ethereum запустила тестовую сеть (тестнет) Beacon Chain. Пользователи могли стать валидаторами в Beacon Chain, конвертировав оригинальные монеты ETH в тестовые токены BETH. Протестировать можно было и депозит этих средств на контракт без возможности вывода как минимум до 2022 года.

Примечание: по факту вывод средств из контракта еще недоступен

Berlin (апрель 2021)

В этом обновлении изменили алгоритм расчета газа (EIP-2565, EIP-2929), а также добавили «конвертные» транзакции (EIP-2718) — новый стандарт для сделок в Ethereum, который в будущем добавит ряд изменений:

• Другие пользователи смогут платить за газ вместо отправителя;
• Появится поддержка мультиподписи, которая требует несколько приватных ключей для отправки транзакции;
• Код будет исполняться непосредственно в клиенте, например, в кошельке MetaMask.

Изначально выпустить Berlin планировали в конце 2020 года, но активацию дважды откладывали, так как некоторые EIP все еще не были включены в обновление.

Кроме того, после активации Berlin возникли проблемы с синхронизацией нод, которые не работали на клиенте Geth.

London (август 2021)

На этом этапе разработчики внедрили новый механизм ценообразования транзакций (EIP-1559), при котором фиксированная часть платы за газ сжигается. Отследить количество сожженных ETH можно на сайте Watch The Burn.

Изначально EIP-1559 планировали ввести в обновлении Berlin, но против него выступили крупные майнинг-пулы Ethermine и SparkPool и от предложения решили в итоге отказаться.

Arrow Glacier (декабрь 2021) и Grey Glacier (июнь 2022)

Еще два обновления для отсрочки «бомбы сложности». Разработчики Ethereum планировали выпустить The Merge летом 2022 года, но отложили, чтобы «протестировать ПО и удостовериться в отсутствии багов».

Bellatrix (сентябрь 2022)

Второе запланированное обновление для Beacon Chain, активированное с целью подготовить сеть к The Merge.

Paris (The Merge, сентябрь 2022)

Крупнейшее и самое ожидаемое обновление после форка Ethereum Classic, ознаменовавшее окончательный переход сети Ethereum на Proof-of-Stake. В настоящее время The Merge — последнее крупное обновление блокчейна. После активации средняя стоимость транзакций в Ethereum снизилась до $0,40.

Примечание: обновленную сеть планировали назвать Ethereum 2.0 или Eth 2.0, но из-за путаницы, которая привела к многочисленным случаям мошенничества, команда платформы отказалась от этой идеи. Сеть решили переименовать в Ethereum Upgrade. Альтернативное название обновления — Serenity, но разработчики его редко используют.

По задумке, Ethereum Upgrade должен был сделать сеть более децентрализованной. Валидаторов стало в десятки раз больше, чем было майнеров до активации The Merge. В настоящее время количество валидаторов в сети Ethereum превышает 400 000. Coin98 представили интересную инфографику со сравнением блокчейнов по числу валидаторов:

Смарт-аккаунты

В марте 2023 года разработчики Ethereum представили абстракции учетной записи (EIP-4337) — нововведение позволит пользователям добавлять кошелькам функционал смарт-контрактов: мультиподпись, двухфакторную аутентификацию, ограничения на вывод криптовалют и прочее. Такие учетные записи получили название «смарт-аккаунты».

Ранее предпринимались и другие попытки реализовать подобные функции, но они либо были отклонены, либо откладывались из-за сложностей в программировании. Абстракция учетных записей поможет решить проблему восстановления кошельков при утрате приватных ключей.

Для хранения приватных ключей смарт-аккаунты будут использовать модуль безопасности смартфонов, превращая их, по сути, в аппаратные кошельки с поддержкой мультиподписи, где доступ к кошельку возможен только при наличии нескольких закрытых ключей. Такой подход обеспечит дополнительную защиту учетных записей, так как смартфоны поддерживают функции двухфакторной аутентификации (2FA) и биометрии (Touch ID, Face ID).

Что дальше?

Следующие важные обновления Shanghai и Capella запланированы на начало апреля 2023 года. Они откроют выводы заблокированных монет ETH из смарт-контракта для валидаторов.

Разработчики уже успешно активировали Shapella (Shanghai и Capella) в тестовой сети Sepolia.

Недостатки

Хотя блокчейн Ethereum стал революционным на момент запуска в 2015 году, с популяризацией криптовалют проблемы этой сети становились все более заметными. До обновления The Merge блокчейн Ethereum способен был обрабатывать только 15 транзакций в секунду (TPS). Это быстрее, чем 7 TPS у Биткоина, но до платежной системы VISA, обрабатывающей более 30 000 транзакций в секунду, явно не дотягивало.

Все недостатки привели к появлению блокчейнов второго уровня вроде Polygon, Arbitrum и Optimism, созданных для масштабирования Ethereum, а также конкурентов в лице Avalanche, BNB Chain, Polkadot, Tron, Cardano, Solana и Cosmos, которые стремятся превзойти Ethereum не только в производительности, но и в функциональности и совместимости.

Avalanche, Polkadot и Cosmos вовсе представили инфраструктуру для создания совместимых друг с другом блокчейнов с более дешевыми транзакциями — такие платформы называют сетями нулевого уровня (Layer-0). Например, в Avalanche средняя стоимость транзакции варьируется от $0,20 до $0,50 против $1 у Ethereum. Однако пока ни одна из перечисленных сетей не превосходит Ethereum по фактической скорости обработки транзакций.

Обновление The Merge и рекордное количество валидаторов решило не все проблемы сети. Хотя пропускная способность превышает 12 000 TPS (транзакций в секунду), средняя стоимость транзакций остается относительной высокой — около одного $1 согласно данным обозревателя Etherscan.

Аналитики также отмечают, что после перехода Ethereum на Proof-of-Stake из-за внедрения механизма Maximal Extractable Value (MEV) сеть Ethereum стала более централизованной. Блокчейн полагается, в том числе, на крупных валидаторов, подконтрольных Управлению по контролю за иностранными активами (OFAC). Механизм MEV направлен на максимизацию прибыли за добычу блока, но его внедрение привело к манипуляциям с транзакциями.

По состоянию на октябрь 2022 года из 13,5 млн застейканных монет ETH 60% приходится на валидаторов Lido Finance, Binance, Coinbase и Kraken. Транзакции, связанные с попавшими под санкции OFAC адресами, могут заблокировать. Например, если их совершили через сервис микширования Tornado Cash, который используют для сокрытия реальных адресов отправителей и получателей.

В ноябре 2022 года сооснователь Ethereum Виталик Бутерин вместе с исследовательской организацией Flashbots предложили решение проблемы с цензурой в блокчейне. Оно направлено на создание блоков с низким MEV с целью уменьшения совместимых с OFAC блоков. «Дорогие» блоки будут передавать на аутсорсинг, а свободное пространство — выставлять на продажу.

Заключение

Выпустив обновление Ethereum Upgrade (Serenity), разработчики решили проблемы с масштабированием, но вместе с этим внедрили механизмы, которые привели к появлению новых. Эти и другие недостатки пока не помешали Ethereum сохранить лидерские позиции на рынке криптовалют, но сейчас нельзя утверждать, что так будет и дальше.

Конкуренция среди блокчейнов на основе смарт-контрактов растет: появился Aptos, готовятся к запуску Sui, Sei и LayerZero. Доминация Ethereum в сфере децентрализованных финансов (DeFi) еще в начале 2021 года превышала 90%, но с тех пор неуклонно падала и сейчас составляет 56,55%. Если тенденция сохранится, то ведущий блокчейн в DeFi имеет все шансы уступить лидерство.

Автор материала: Илья Пронин