Economic Clustering (EC)

Alles hier beschriebene ist noch sehr theoretisch, unvollständig und nicht abschließend geklärt.

Economic Clustering (dt. Wirtschaftliches Clustering) wurde erstmals in einer Hypothese erwähnt, die Come-from-Beyond (Sergey lvancheglo) im Jahr 2013 während der Entwicklung von Nxt in einem Blogeintrag beschrieben hat.

Worum geht es?

Es geht um die Blockchain Regel „die längste Kette gewinnt“, derzeit wird der Konsens bei Kryptowährungen ausschließlich durch mathematische Regeln erzielt. Die 10-jährige Geschichte der heutigen Kryptowährungen hat allerdings gezeigt, dass in der Praxis andere Regeln das Ergebnis bestimmen und diese Regeln auf wirtschaftlichen Gesetzen beruhen. Es hat sich bereits in der Vergangenheit mehrfach gezeigt, dass wenn mathematische Regeln und wirtschaftliche Gesetze im Widerspruch zueinanderstehen, letztere gewinnen (Bsp. Bitcoin Fork 2013, ETH DAO Fork 2016, usw.).

Die EC-Hypothese besagt, dass der Zustand des Ledgers einer Kryptowährung von den Teilnehmern des Wirtschaftsclusters bestimmt wird, die versuchen, ihr Vermögen zu maximieren, auch wenn die Regel „der längsten Gewinnkette“ verletzt werden muss.

 

Was bedeutet das für IOTA?

Für IOTA hat dies zur Folge, dass dem derzeitigen Konsensmechanismus, ein wirtschaftlicher Anreiz hinzugefügt werden muss. Ein neuer wirtschaftlicher Konsensmechanismus wird dem im IOTA-Whitepaper dargestellten mathematischem Konsensmechanismus ergänzen, beide Mechanismen werden parallel angewendet.

Der neue EC Konsensmechanismus nennt sich NBPoW (Network Bound Proof of Work) > Einzelheiten wurden noch nicht offiziell veröffentlicht > Dies soll in den nächsten Wochen erfolgen, Cfb hat bereits einen Blog Artikel angekündigt. (Stand 31.05.2019)

Durch die Implementierung realer Wirtschaftsgesetze in die Distributed-Ledger-Technologie, lassen sich zudem Probleme bei der Bandbreite und den Latenzzeiten in großen Netzwerken lösen. Dazu wird der globale Ledger (Main-Tangle) in einzelne wirtschaftlich relevante Cluster aufgeteilt, dies wird bei geringen Bedarf an einzelnen Nodes, eine unbegrenzte Skalierbarkeit für das Gesamtsystem ermöglichen. Jeder Node, kann in Zukunft entscheiden, welchen Cluster er für wirtschaftlich relevant hält und diesem beitreten, alle Transaktionen finden dann innerhalb des ausgewählten Clusters statt.

 

Um die nachfolgenden Erklärungen vorweg zu nehmen, ich persönlich verstehe das EC folgendermaßen (reine Theorie und nicht endgültig bestätigt):

Es wird mehrere Tangle Cluster in verschiedenen Größen geben, zunächst gibt es den Tangle Cluster 0, es besteht aus Nodes (CLIRI), die über das statische Internet interagieren. Es gibt Tausende anderer Cluster, die durch Nodes (Ict) gebildet werden, die über das IoT interagieren. Nur einige von ihnen sind direkt mit Cluster 0 verbunden. Ein einzelnes Cluster kann eine Gruppe von Geräten in einem Gebäude, in einem Park, in einer Straße oder sogar in einer Stadt sein. Die Struktur des Clusters hängt von der EC Aktivität in dem jeweiligen Gebiet ab. Diese einzelnen Cluster ist ggf. mit mehreren anderen Clustern verbunden, jedes Cluster verarbeitet seine eigenen Transaktionen und ggf. die Transaktionen des überlappenden Nachbarclusters (s.u. „Doppelkegel“).

IOTA-Token (Pseudo-Token) können innerhalb einen Clusters aus der Luft erzeugt werden. Ein Cluster kann entstehen und einige Dienste anbieten, die Nodes dieses Clusters können IOTA-Token "drucken" und implizit/explizit versprechen, diese später im Austausch für ihre Dienste anzunehmen. Diese "gefälschten" IOTA-Token werden von den anderen Clustern nicht akzeptiert, es sei denn, der neue Cluster ist aus wirtschaftlicher Sicht von großer Bedeutung. In diesem Fall könnte der Cluster einfach seine eigene Kryptowährung erstellen.

  • Ein Cluster bildet ein Teilsystem des Main-Tangle (immer Cluster0), diesen Cluster nenne ich im folgenden Cluster1.
  • Aus der Sicht des Main-Tangle (Cluster0) ist nur wichtig, dass nicht mehr IOTA-Token aus Cluster1 hinausfließen, als vorher hineingeflossen sind.
  • Innerhalb des Cluster1 findet intern ein Konsens statt, mit dem festgestellt wird, welchem Teilnehmer wieviel IOTA-Token gehören.
  • Im Cluster1 können nun beliebig viele neue pseudo IOTA-Token für interne Cluster1 Transaktionen erzeugt werden, solange das Cluster1 bei seiner Interaktion mit dem Main-Tangle (Cluster0) valide erscheint, siehe Punkt 2.

Es ist nicht möglich, Iota-Token an jemanden in einem entfernten Cluster zu senden, es sei denn, eine dritte Partei bietet einen speziellen Austauschdienst zwischen den Clustern an (und erhebt Gebühren). Die Zahlung muss mehrere Male von Cluster zu Cluster erfolgen. Dies ist der Preis für die angestrebte hohe Skalierbarkeit.

 

 

Erklärungen:

Lokale Transaktionen

Das Economic Clustering verfolgt generell einen lokalen Ansatz bei der Validierung von Transaktionen. Das bedeutet das ausschließlich Transaktionen von Nodes verarbeitet werden, die sich in topologischer Umgebung befinden (im gleichen oder überlappenden Cluster). Dies hat eine erhebliche Reduzierung des Transaktionsverkehrs zur Folge und verhindert das sich bei den Nodes Transaktionen aus der ganzen Welt zur Validierung aufstauen und das Netzwerk verlangsamen. Warum sollte mein privater Node Transaktionen in China validieren? Transaktionen sollen in der Umgebung validiert werden, in der sie aufgegeben wurden.

 

Was ist ein Cluster und welche Regeln gelten?

  • Ein Cluster ist eine Gruppe von Nodes, die sich das gleiche Ledger teilen. (können verschiedene Tangle sein)
  • Untereinander sind die Cluster nicht kompatibel, daher kann nur innerhalb eines Clusters gehandelt werden.
  • Token innerhalb eines Clusters sind fungibel und haben immer den gleichen Wert.
  • Token verschiedener Cluster sind nicht fungibel, es ist wie mit den verschiedenen Fiat-Währungen, diese unterscheiden sich im Wert, aber der Wechselkurs unterliegt den Marktkräften.
  • Sollten Werte zwischen verschiedenen Clustern ausgetauscht werden, ist es ebenfalls wie bei unseren Fiat-Währungen. Innerhalb einer Nation wird eine bestimmte Währung akzeptiert, während andere Währungen in der Regel vor der Verwendung in die Landeswährung umgetauscht werden müssen, genau so ist es zwischen den verschiedenen Clustern.
  • Der Wert der Token innerhalb des Clusters ergibt sich nur aus der Fähigkeit, diese Token gegen Waren einzutauschen. Wenn keiner der anderen Akteure im Cluster, mit denen wir Transaktionen durchführen wollen, unsere Token als wertvoll erkennt, sind diese Token auch für uns wertlos.

 

Ausgabe von Vertrauensmarker

Jeder Wirtschaftsakteur innerhalb eines Clusters gibt regelmäßig Vertrauensmarker heraus, um seine aktuelle Sicht auf das Ledger zu veröffentlichen. Diese Marker sind signierte Bündel und verweisen auf ein Tangle (nicht vergessen, es gibt jetzt mehrere). Zusätzlich geben sie eine Wahrscheinlichkeit an, die angibt, wie sicher der Akteur ist, dass das referenzierte Tangle bestätigt wird. Diese Vertrauenswürdigkeit wird aktualisiert bzw. überschrieben, wenn der Akteur eine neue Marke ausstellt, die auf das gleiche Tangle verweist.

 

Marker definieren Doppelkegel

Jeder Marker kann durch einen Doppelkegel (Bild 1) beschrieben werden, wobei der Marker der Scheitelpunkt ist und sowohl die Vergangenheit als auch die Zukunft des Markers erstrecken sich über den Kegel. Die Vergangenheit besteht aus allen Transaktionen, die von dem Marker referenziert werden, während die Zukunft alle Transaktionen enthält, die sich auf den Marker beziehen. Dies bietet eine einzigartige Sicht auf das Tangle, das nur eine Teilmenge der logisch verknüpften Transaktionen berücksichtigt. Beachten Sie, dass der Tangle zwar theoretisch unendlich ist, aber jeder Node nur eine bestimmte Anzahl von Transaktionen verarbeiten kann. Daher werden beide Kegel des Markers auf eine bestimmte Tiefe begrenzt. Während die Tiefe (oder besser gesagt die Höhe) der Zukunft aufgrund unserer Unfähigkeit, in die Zukunft zu sehen, bereits begrenzt ist, wird die Tiefe der Vergangenheit durch technische Einschränkungen definiert.

 

Diese Doppelkegel definieren Cluster

Das Folgen eines Clusters geschieht implizit über seine Nachbarn. Jeder Node kennt einen bestimmten Satz von Markern. Die Vereinigung aller Doppelkegel der Marker in diesem Set bietet einen einzigartigen Blick auf den Tangle - den lokale Tangle. Jeder Node fordert aktiv Transaktionen in diesem lokalen Tangle an und sendet sie, um seine Sicht zu verbessern. Transaktionen, die nicht Teil des lokalen Tangle sind, werden nicht an Nachbarn gesendet. Als Ergebnis haben die lokalen Tangle der Nachbarn eine starke Überlappung. Wenn ein neuer Marker, der von einer vertrauenswürdigen Entität ausgegeben wird, im lokalen Tangle entdeckt wird, passt sich das lokale Tangle dynamisch an, um den Doppelkegel der Marker aufzunehmen. Darüber hinaus werden Wirtschaftsakteure, die topologisch in der Nähe sind, viele dieser Überschneidungen aufweisen. Eine Transaktion im Schnitt der vergangenen Kegel von Markern, die von verschiedenen Wirtschaftsakteuren ausgestellt wurden, wird von jedem dieser Akteure referenziert und hat somit eine höhere Akzeptanz im Cluster. Es ist wichtig zu wissen, dass dies die Cluster verschwimmen lässt (Bild 2): Es gibt keine klare logische Grenze zwischen zwei Clustern, Cluster können sich also bis zu einem gewissen Grad überschneiden. Die Grenze eines Clusters muss immer aus einer wahrscheinlichkeitstheoretischen Sicht gesehen werden, analog zu den Wellenfunktionen in der Quantenphysik.

Von Paul Douglas gibt es ein Video (engl.) zu dem Thema "A scoop of tangle

 

Konsens

Wirtschaftsakteure veröffentlichen solche Marker und passen die Wahrscheinlichkeiten in Abhängigkeit von den Markern an, die von anderen Akteuren innerhalb ihres Clusters ausgegeben werden. Dieser dynamische und wahrscheinlichkeitstheoretische Abstimmungsprozess dauert an, bis der Cluster zum Konsens kommt. Dies geschieht, wenn die überwiegende wirtschaftlich relevante Mehrheit des Clusters ein bestimmtes Sub-Tangle mit jeweils 100%iger Sicherheit genehmigt. Falls ein widersprüchliches Sub-Tangle zuvor mit einem Vertrauen ungleich Null markiert wurde, würde der jeweilige Akteur dieses Vertrauen mit 0% überschreiben, da es nicht mit dem akzeptierten Sub-Tangle kompatibel ist und nicht mehr wahrscheinlich vom Cluster akzeptiert wird.

 

Vertrauen

Die Akteure werden mehr Vertrauen in ein Tangle haben, je mehr andere Akteure Vertrauen in dieses Tangle haben. Daher bewegt sich ihr Vertrauen in ein bestimmtes Tangle schnell in die gleiche Richtung (0% oder 100%), was es dem Cluster ermöglicht, sich auf ein gemeinsames Ledger zu einigen.

 

Kryptographie

Jeder Akteur kann durch eine IOTA-Adresse identifiziert werden. Die Vertrauensmarker sind mit Merkel-Trees implementiert. Dies ermöglicht es den Akteuren, mehrere Marker für dieselbe Adresse auszugeben, ohne die Sicherheit trotz der Einmaligkeit des zugrundeliegenden Lamport-Signaturschemas zu gefährden, und nutzt gleichzeitig seine Vorteile, um quantensicher zu bleiben.

 

Priorität

Da jeder Akteur mehrere Marker ausgeben kann, müssen wir feststellen, welcher Marker die Priorität für eine Transaktion hat, für die wir das Vertrauen bestimmen wollen. Überschreiben: Der Index jeder Signatur innerhalb des Merkel-Trees kann abgeleitet werden. Um das Überschreiben zu ermöglichen, hat ein Marker mit einem höheren Index Vorrang vor allen Markern mit einem niedrigeren Index, die auf das gleiche Tangle verweisen.

 

Tip-Auswahl

Um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass eine Transaktion in einem Cluster bestätigt wird, versucht der ausstellende Node, sie so zu platzieren, dass sie wahrscheinlich von vielen Akteuren in diesem Cluster referenziert wird. Sie sucht nach einem Punkt im Tangle, der für das Cluster am repräsentativsten ist. Aufgrund der verschwommenen Natur von Clustern ist dies kein duales Problem (ist es repräsentativ?), sondern ein wahrscheinlichkeitstheoretisches (wie repräsentativ?). Der repräsentativste Platz für ein Cluster, der durch eine Reihe von Markern definiert ist, ist der Schnitt ihrer zukünftigen Kegel. Das liegt daran, dass dieser Schnitt die größte Überschneidung mit dem lokalen Tangle aller Akteure im Cluster hat. Wie im IOTA-Whitepaper beschrieben, spezifiziert IOTA einen random walk auf dem Tangle als Referenzmethode zur Auswahl der Tips. Ausgehend von der Annahme, dass die meisten Transaktionen diese Methode verwenden werden, macht es für alle Entitäten Sinn, sich daran zu halten, was zu einer fairen und stabilen Tip-Auswahl führt. Daher kommen wir zu dem Schluss, dass die Nodes einen Random Walk verwenden wollen, um ihre Transaktionen in den erwähnten zukünftigen Schnitt zu platzieren.

 

Cluster übergreifender Austausch u. Austauschdienste

Stellen Sie sich zwei eher getrennte, aber nicht zu weit entfernte Cluster CX und CY vor. Sie können beispielsweise eine kleine Überschneidung von 5% aufweisen und als Nachbarn betrachtet werden. Ein Node kann einen Wert von CX an CY übertragen, indem er einen Transfer an einen Ort sendet, der für beide Cluster repräsentativ ist. Denken Sie daran, dass Cluster verschwommen sind. Diese beiden Cluster können als ein einziger großer Cluster CXY betrachtet werden. Daher kann der Node die zuvor beschriebene Tip-Auswahl anwenden, um einen Transfer in den zukünftigen Schnitt beider Cluster auszulösen, von wo aus er vom Cluster CXY und damit tatsächlich von den beiden Clustern CX und CY referenziert werden kann. Wir gehen davon aus, dass die durch die Übertragung aufgewendeten Gelder nur in CX bekannt sind, nicht aber in CY (sonst wäre es kein Cluster übergreifender Austausch). Da die Guthaben nun in CX vorhanden sind, kann die Übertragung in CX bestätigen. Beachten Sie, dass die Grenzen von CX und CY verschwommen sind, was bedeutet, dass die Übertragung auch in CY teilweise bestätigt wird. Das Vertrauen dieser Übertragung in CY stellt die Wahrscheinlichkeit dar, dass diese Übertragung in diesem Cluster bestätigt wird - was dann der Fall sein wird, wenn mehr Marker in CY auf diese Transaktionen verweisen, bis sie Teil des vergangenen Schnitts in CY und damit Teil von CY selbst werden.

Je weniger weit CX und CY voneinander entfernten sind:

  • desto höher ist die Überlappung, desto größerer der zukünftige Schnitt.
  • desto einfacher ist es, einen Transfer einzufügen, der in beiden Clustern aufgenommen wird.
  • desto höher ist die Korrelation der Vertraulichkeit der Transfers in beiden Clustern.
  • desto wahrscheinlicher ist es, dass der Austausch zwischen den Clustern erfolgreich ist.

Dies bedeutet, dass es möglich ist, Werte zwischen zwei angrenzenden Clustern zu übertragen. Wenn man zu einem entfernten Cluster wechseln wollte, müsste man über mehrere Zwischencluster springen. Die Kosten für diese physische Durchführung sind proportional zur Übertragungsstrecke. Es manifestiert sich als die Zeit, die benötigt wird, um alle Hops durchzuführen, sowie als die rechnerischen Ressourcen, die für den Anschluss des Transfers aufgewendet werden (Tip-Auswahl und Proof-of-Work).

Die IF geht davon aus, dass diese Kosten zu einer wirtschaftlichen Nachfrage nach Austauschdiensten führen werden, die eine virtuelle Cluster-übergreifende-Austausch-Börse als Dienstleistung gegen eine Gebühr anbieten, um diese Zeit- und Ressourcenkosten monetär zu decken. Die entstehenden Kosten sind kein technischer Teil des Protokolls (bleibt ohne Gebühr), sondern den Austausch-Node für die Kosten der Bereitstellung des Dienstes entschädigt.

Entitäten, die Guthaben in entfernten Clustern haben, können einen Austauschservice zwischen diesen anbieten. Auch wenn dieser Service von einem Drittanbieter angeboten wird, ist bei der Realisierung von Transaktionen über Flash Channels praktisch kein Vertrauen erforderlich. Ein winziger Mikrozahlungsstrom fließt vom Sender zum Service im Quellcluster, ein weiterer vom Service zum Empfänger im Zielcluster. Wenn sich der Austausch-Node als bösartig erweisen würde und die Guthaben nicht auf den anderen Cluster übertragen, sondern behalten würde, wäre aufgrund der zeitkontinuierlichen Natur der Flash-Kanäle nur eine unbedeutend geringe Anzahl von Token gestohlen worden.

 

Vergessliche Cluster

Wenn Sie Ihr Guthaben nicht regelmäßig aktualisieren und viele neue Nodes dem Cluster beitreten, könnten Ihre IOTA-Token vom Cluster vergessen werden.

Obwohl die Wirtschaftsakteure das Tangle nur bis zu einer gewissen Tiefe (Historie) speichern werden, können sie Guthaben auf der Grundlage bekannter Transaktionen validieren, die bereits vom Cluster bestätigt wurden. Diese Transaktionen befinden sich am Ende des vergangenen Kegels. Wenn die Eingangsbilanzen eines Transfers nicht in diesem vergangenen Kegel gefunden werden können, ist der Akteur von anderen Akteuren in diesem Cluster abhängig. Nur wenn sich eine ausreichende Menge davon die Eingangsbilanzen merken kann, wird der Akteur davon ausgehen, dass diese tatsächlich existieren. Das bedeutet, dass Guthaben verloren gehen, wenn sie nicht innerhalb einer angemessenen Zeitspanne verschoben werden. Die genaue Zeit hängt von der Aktivität im Cluster und den Speicherressourcen der Akteure ab. Cluster, in denen Guthaben als Wertspeicher verwendet werden (z.B. Cluster-0, Main-Tangle), bieten einen höheren Zeitrahmen, bevor Transaktionen vergessen werden. Andererseits könnten lokale IoT-Ökosysteme davon ausgehen, dass die Mitglieder ihre Guthaben aktiv nutzen und mit weniger Wert arbeiten, daher ist es sinnvoll, einen niedrigeren Zeitrahmen zu verwenden, der es den Endgeräten trotz ihrer Einschränkungen ermöglicht, als Wirtschaftsakteure teilzunehmen. Vergessliche Cluster sind kein ernsthaftes Problem, wenn die Zufluss Rate neuer Nodes niedrig ist oder, wenn Sie ihre Balance regelmäßig aktualisieren (indem Sie die IOTA-Token zu sich selbst in Cluster 0 zurückschicken).

 

Validierung des Ledger (Tangle)

Die Ledger-Validierung beschreibt das Problem, festzustellen, ob ein Tangle bestimmten Validitätsregeln entspricht, in diesem Fall wird es als "valide" bezeichnet. Die Validität ist eine notwendige Voraussetzung für die Bestätigung. Während die Bestätigung das Ergebnis des Konsenses ist und die Akzeptanz eines Tangle beschreibt, ist die Validität eine technische Eigenschaft, die deterministisch überprüft werden kann und die das Fehlen von Inkonsistenzen innerhalb des Tangle beschreibt. Die Ledgervalidierung wird nur von Wirtschaftsakteuren durchgeführt, schwächere Geräte verlassen sich auf ihre Ergebnisse, so dass sie diese umfangreichen Berechnungen nicht selbst durchführen müssen. In ungültigen Ledgern wird das Vertrauen auf null gesetzt. Wenn der kleinste Zusammenschluss von zwei Tangle ungültig ist (z.B. weil beide Ausgaben die gleichen Gelder beinhalten - eine doppelte Ausgabe), wird das Tangle als widersprüchlich definiert. Sie können nicht ohne zusätzliche Transfers zusammengeführt werden und deshalb wird nur eine von beiden bestätigen werden. Basierend auf der Konfliktbeziehung kann die IF die Wahrscheinlichkeit einer Bestätigung durch ein Tangle modellieren. Dies ist die Grundlage für die Berechnung des Vertrauens.

 

 

Quellen: https://github.com/iotaledger/ec.ixi/blob/master/docs/EC.md

https://medium.com/@comefrombeyond/economic-clustering-and-iota-d3a77388900