Базовая архитектура автономного PoF‑блокчейна

1. Узлы сети (лёгкие ноды)

1. Роль: хранение истории блоков, балансов, обработка транзакций.
2. Требования: минимум ресурсов (можно запустить на Raspberry Pi, смартфоне, VPS за $5).
3. Функции:приём и валидация транзакций;хранение актуального состояния блокчейна (UTXO или учётных записей);участие в VRF‑отборе следующего валидатора;синхронизация с соседями.
4. приём и валидация транзакций;
5. хранение актуального состояния блокчейна (UTXO или учётных записей);
6. участие в VRF‑отборе следующего валидатора;
7. синхронизация с соседями.

2. Структура блока

Каждый блок содержит:

1. block_height — высота в цепочке;
2. prev_hash — хэш предыдущего блока;
3. vrf_seed — случайное значение для VRF;
4. winner_pubkey — публичный ключ выбранного валидатора;
5. transactions — список подтверждённых транзакций;
6. merkle_root — корень Меркла для транзакций;
7. timestamp — время создания;
8. signature — подпись валидатора.

3. Алгоритм консенсуса (PoF)

Шаг 1. Подготовка к выбору валидатора

1. Узлы собирают vrf_seed из:хэша предыдущего блока;текущего времени (UTC);случайного числа из P2P‑сети (например, медианы последних 5 сообщений).
2. хэша предыдущего блока;
3. текущего времени (UTC);
4. случайного числа из P2P‑сети (например, медианы последних 5 сообщений).

Шаг 2. VRF‑вычисление

1. Каждый узел‑кандидат выполняет:vrf_output = VRF(private_key, vrf_seed)
2. Результат (256‑битное число) рассылается в сеть.

Шаг 3. Определение победителя

1. Узлы сравнивают vrf_output всех кандидатов.
2. Побеждает узел с минимальным значением (или максимальным — по правилу сети).
3. Победитель получает право создать следующий блок.

Шаг 4. Валидация блока

1. Победитель формирует блок и рассылает его.
2. Узлы проверяют:корректность VRF (VRF_verify(pubkey, vrf_seed, vrf_output));подпись блока;целостность транзакций (merkle_root);отсутствие двойных трат.
3. корректность VRF (VRF_verify(pubkey, vrf_seed, vrf_output));
4. подпись блока;
5. целостность транзакций (merkle_root);
6. отсутствие двойных трат.

4. Хранение данных

1. История блоков: цепочка блоков с метаданными (хранится на всех нодах).
2. Балансы участников: либо:UTXO‑модель (как в Bitcoin) — список неизрасходованных выходов;Учётные записи (как в Ethereum) — дерево Меркла с балансами.
3. UTXO‑модель (как в Bitcoin) — список неизрасходованных выходов;
4. Учётные записи (как в Ethereum) — дерево Меркла с балансами.
5. Состояние сети: актуальный снимок (snapshot) каждые N блоков для ускорения синхронизации.

5. Транзакции

1. Формат:{sender, receiver, amount, timestamp, signature, fee}
2. Валидация:проверка подписи отправителя;достаточность баланса;уникальность (отсутствие двойных трат).
3. проверка подписи отправителя;
4. достаточность баланса;
5. уникальность (отсутствие двойных трат).

Технические преимущества автономной реализации

1. Полная независимостьНет зависимости от сторонних блокчейнов (например, TON).Собственный токен и экономика.
2. Нет зависимости от сторонних блокчейнов (например, TON).
3. Собственный токен и экономика.
4. Минимальные требования к нодамЛёгкие узлы хранят только актуальные данные (старые блоки можно обрезать).Синхронизация через gossiping (обмен блоками по P2P).
5. Лёгкие узлы хранят только актуальные данные (старые блоки можно обрезать).
6. Синхронизация через gossiping (обмен блоками по P2P).
7. СкоростьОдин валидатор → нет кворума → мгновенная финализация.Типичное время блока: 2–10 секунд.
8. Один валидатор → нет кворума → мгновенная финализация.
9. Типичное время блока: 2–10 секунд.
10. Дешевизна эксплуатацииНоды не требуют мощного железа или большого диска.Низкие операционные издержки.
11. Ноды не требуют мощного железа или большого диска.
12. Низкие операционные издержки.

Ключевые вызовы и решения

1. Атака "эгоистичного валидатора"Проблема: победитель включает только свои транзакции.Решение: штраф за пропуск чужих транзакций с высокой комиссией.
2. Проблема: победитель включает только свои транзакции.
3. Решение: штраф за пропуск чужих транзакций с высокой комиссией.
4. Задержка VRF‑вычисленийПроблема: медленные узлы тормозят сеть.Решение: тайм‑аут на отправку vrf_output (например, 5 секунд).
5. Проблема: медленные узлы тормозят сеть.
6. Решение: тайм‑аут на отправку vrf_output (например, 5 секунд).
7. Масштабирование хранилищаПроблема: рост истории блоков.Решение:периодические snapshot‑ы;опциональное архивирование старых блоков.
8. Проблема: рост истории блоков.
9. Решение:периодические snapshot‑ы;опциональное архивирование старых блоков.
10. периодические snapshot‑ы;
11. опциональное архивирование старых блоков.
12. Квантовые угрозыПроблема: VRF может быть взломан квантовым компьютером.Решение: переход на постквантовые алгоритмы (например, CRYSTALS‑Kyber).
13. Проблема: VRF может быть взломан квантовым компьютером.
14. Решение: переход на постквантовые алгоритмы (например, CRYSTALS‑Kyber).
15. Синхронизация нодПроблема: расхождения в vrf_seed из‑за сетевых задержек.Решение: фиксированное окно времени для сбора данных (например, 1 секунда).
16. Проблема: расхождения в vrf_seed из‑за сетевых задержек.
17. Решение: фиксированное окно времени для сбора данных (например, 1 секунда).

Пример реализации (упрощённый)

Шаг 1. Запуск ноды

1. Генерация пары ключей: sk (приватный), pk (публичный).
2. Подключение к P2P‑сети (список пиров из конфигурационного файла).

Шаг 2. Обработка блока

1. Получение блока от победителя.
2. Проверка:pythonif VRF_verify(pk, block.vrf_seed, block.vrf_output) and verify_signature(block): add_to_chain(block) else: reject_block(block)

Шаг 3. Участие в PoF

1. При полученииvrf_seed:pythonvrf_output = vrf_sign(sk, vrf_seed) # 256‑bit broadcast(vrf_output)
2. Если vrf_output минимальный → создаём блок.

Вывод

Автономный PoF‑блокчейн технически реализуем и обладает рядом преимуществ:

1. Простота: лёгкие ноды, понятный алгоритм.
2. Скорость: мгновенная финализация.
3. Децентрализация: равный доступ для всех участников.
4. Экономичность: низкие затраты на эксплуатацию.

Критические компоненты для старта:

1. Реализация VRF (например, на базе ed25519).
2. P2P‑протокол (можно использовать libp2p или GossipSub).
3. Формат блока и транзакций (JSON/CBOR).
4. Механизм штрафов за злонамеренное поведение.

Такой блокчейн подойдёт для:

1. микроплатежей;
2. игровых платформ;
3. децентрализованных лотерей;
4. сообществ с равными правами участников.