Энерготорг и углеродные активы: новая архитектура доверия

Автор: Денис Аветисян

В статье рассматривается гибридная система хранения данных, позволяющая оптимизировать транзакции в сфере торговли энергией и управления углеродными активами.

"Покупай на слухах, продавай на новостях". А потом сиди с акциями никому не известной биотех-компании. Здесь мы про скучный, но рабочий фундаментал.

Бесплатный Телеграм канал

В основе предложенной системы лежат механизмы, обеспечивающие верификацию RSA-аккумуляторов за постоянное время с поддержкой свидетельств вне сети, сохранение жизненного цикла углеродных активов посредством инвариантов баланса и выборочное раскрытие информации на основе коммитов Merkle-корня с контролем доступа, привязанным к идентификаторам.

Предлагаемая архитектура сочетает преимущества блокчейна и внецепочечного хранения данных для обеспечения аудируемости и снижения затрат при высокочастотных операциях.

Высокочастотные транзакции с небольшими объемами, характерные для распределенной торговли энергией и управления углеродными активами, создают дилемму между стоимостью и проверяемостью расчетов. В данной работе, посвященной ‘Application of Hybrid Chain Storage Framework in Energy Trading and Carbon Asset Management’, предложена гибридная архитектура, сочетающая преимущества ончейн- и оффчейн- решений. Предложенный подход позволяет значительно снизить затраты на исполнение и хранение данных в блокчейне, сохраняя при этом надежность аудита за счет использования детерминированных дайджестов. Возможно ли дальнейшее совершенствование гибридных систем для расширения масштабируемости и повышения эффективности управления энергетическими и углеродными ресурсами?

За гранью централизованных систем: Поиск доверия в новом мире

Традиционные рынки энергии и углерода исторически характеризуются недостаточной прозрачностью и централизованным контролем, что существенно затрудняет эффективное распределение ресурсов и верификацию данных. Отсутствие публичного доступа к информации о транзакциях и ценообразовании создает возможности для манипуляций и недобросовестной конкуренции. Централизованные органы, осуществляющие надзор и регулирование, часто сталкиваются с проблемами коррупции и неэффективности, что подрывает доверие к системе в целом. Эта непрозрачность не только препятствует оптимальному функционированию рынка, но и усложняет достижение целей по снижению выбросов парниковых газов, поскольку затрудняет точную оценку и подтверждение углеродных кредитов и компенсаций. В результате, существующая инфраструктура не позволяет в полной мере реализовать потенциал рынка для стимулирования устойчивого развития и перехода к низкоуглеродной экономике.

Децентрализованные системы, использующие технологию блокчейн, представляют собой перспективный путь к повышению прозрачности и доверия в энергетических и углеродных рынках. Однако, несмотря на потенциал, они сталкиваются с серьезными проблемами масштабируемости. Блокчейн, по своей природе, требует значительных вычислительных ресурсов и времени для обработки каждой транзакции, что ограничивает его способность эффективно функционировать в условиях больших объемов данных и высокой скорости операций, характерных для современных рынков. Это приводит к увеличению стоимости транзакций и задержкам, что препятствует широкому внедрению децентрализованных решений. Преодоление этих ограничений является ключевой задачей для обеспечения жизнеспособности и практической применимости блокчейн-технологий в сфере энергетики и углеродного регулирования.

Несмотря на потенциал блокчейн-технологий для создания полностью децентрализованных систем обмена энергией и углеродом, исключительно ончейн-решения сталкиваются с существенными ограничениями. Пропускная способность и скорость обработки транзакций в блокчейне зачастую недостаточны для удовлетворения потребностей масштабных рынков. В связи с этим, эффективным представляется использование гибридных подходов, сочетающих в себе преимущества блокчейна — прозрачность, безопасность и неизменность данных — с более быстрыми и масштабируемыми внечейн-технологиями. Такой симбиоз позволяет обрабатывать значительные объемы транзакций за пределами блокчейна, а затем фиксировать ключевые данные и результаты в неизменяемом реестре, обеспечивая тем самым баланс между безопасностью и эффективностью, необходимый для функционирования полноценных рынков децентрализованной энергии и углерода.

Система построена на разделении слоёв: внецепочечный слой формирует детерминированные дайджесты полных записей, а ончепочечный - закрепляет коммиты и обеспечивает соблюдение ограничений. — Система построена на разделении слоёв: внецепочечный слой формирует детерминированные дайджесты полных записей, а ончепочечный — закрепляет коммиты и обеспечивает соблюдение ограничений.

Гибридная схема: Путь к масштабируемому доверию

Гибридная схема расчетов объединяет ончейн и оффчейн исполнение транзакций для снижения затрат и повышения масштабируемости, при этом сохраняя критически важные гарантии безопасности. Оффчейн обработка позволяет обрабатывать большой объем транзакций с низкой стоимостью вне основной цепи, что существенно снижает нагрузку на ончейн инфраструктуру. Критически важные данные и фиксация состояния системы при этом остаются в ончейне, обеспечивая надежность и неизменность. Такая архитектура позволяет достичь компромисса между скоростью обработки, стоимостью и безопасностью, что особенно важно для приложений с высокой пропускной способностью.

Гибридная схема расчетов разделяет обработку транзакций на внецепочечное и ончепочечное выполнение. Внецепочечное выполнение предназначено для обработки большого количества транзакций с низкой стоимостью, что снижает нагрузку на основную сеть и уменьшает транзакционные издержки. Ончепочечное выполнение, напротив, используется для фиксации состояний системы и критически важных данных, обеспечивая их безопасность и неизменность благодаря консенсусу сети. Такое разделение позволяет оптимизировать пропускную способность и масштабируемость системы, сохраняя при этом высокий уровень безопасности и надежности данных.

Пакетная обработка транзакций является ключевым элементом масштабируемости гибридной системы расчетов. Этот подход заключается в объединении нескольких транзакций в единую партию перед их подтверждением в основной цепи (on-chain). В результате, снижается частота обращений к основной цепи и, соответственно, уменьшается потребление газа. Наблюдения показывают, что использование пакетной обработки позволяет сократить потребление газа примерно на 39% по сравнению с полным выполнением всех транзакций непосредственно в основной цепи.

Зависимость расхода газа на транзакцию от размера пакета демонстрирует снижение затрат при увеличении размера пакета.

Непреложная целостность: Воспроизводимый аудит и обнаружение изменений

Воспроизводимый аудит (Replayable Auditing) обеспечивает независимую верификацию внецепочечных транзакций на соответствие зафиксированным в блокчейне обязательствам. Этот механизм позволяет любому лицу, обладающему необходимыми данными, повторно выполнить транзакцию и убедиться в её корректности, используя ончейн-коммиты как источник истины. Это критически важно для систем, где большая часть логики выполняется вне блокчейна, так как позволяет подтвердить, что внецепочечные операции не противоречат состоянию блокчейна и не были изменены. Воспроизводимость аудита является ключевым элементом повышения безопасности и доверия к таким системам.

Представления расчетов (Settlement Digests) представляют собой детерминированные представления внецепочечных данных, что позволяет проводить эффективные и верифицируемые аудиты. Эти представления создаются путем применения последовательности предопределенных операций к исходным данным, гарантируя, что любой, обладающий этими данными и алгоритмом, сможет независимо воспроизвести и проверить целостность расчетов. Использование детерминированных представлений значительно снижает объем данных, необходимых для аудита, поскольку вместо передачи всего набора внецепочечных данных передается только хеш-представление, что оптимизирует процесс проверки и снижает затраты на хранение и передачу данных. Такой подход позволяет аудиторам убедиться в корректности расчетов, не доверяя стороне, предоставившей исходные данные.

Механизмы обнаружения изменений, основанные на сводных данных об урегулированиях (Settlement Digests), гарантируют целостность внецепочечных данных и предотвращают мошеннические действия. Проведенное тестирование показало 100%-ную эффективность в обнаружении всех 180 попыток внесения изменений во внецепочечные данные. Это достигается за счет использования криптографически защищенных сводных данных, которые позволяют верифицировать подлинность и неизменность данных, хранящихся вне блокчейна, обеспечивая надежный контроль над транзакциями и предотвращая несанкционированный доступ или манипуляции.

Конфиденциальность и безопасность: Селективное раскрытие и криптографические аккумуляторы

Механизм выборочного раскрытия информации, основанный на использовании децентрализованных идентификаторов (DIDs), позволяет пользователям контролировать, какие именно атрибуты их личности становятся доступны другим сторонам. Вместо полного раскрытия личных данных, система обеспечивает возможность предоставления лишь необходимого минимума информации для конкретной транзакции или взаимодействия. Это достигается за счет криптографической привязки атрибутов к DID, что позволяет подтверждать их подлинность и принадлежность владельцу без необходимости раскрывать все детали. Такой подход значительно повышает уровень конфиденциальности, поскольку пользователь сам определяет, какие данные он готов предоставить, минимизируя риск несанкционированного доступа к личной информации и злоупотреблений.

В основе повышения безопасности децентрализованных систем лежат RSA-аккумуляторы, обеспечивающие эффективную и константную по времени проверку членства в наборе данных. Данная технология, поддерживаемая смарт-контрактами, позволяет удостовериться в принадлежности элемента к определенной группе без необходимости раскрытия всего набора. В отличие от традиционных методов, требующих линейного времени для проверки, RSA-аккумуляторы гарантируют, что время проверки остаётся постоянным, независимо от размера набора данных. Это особенно важно для масштабируемых приложений, где обработка больших объемов информации должна происходить быстро и надежно, минимизируя вычислительные затраты и потенциальные уязвимости. Использование RSA-аккумуляторов позволяет существенно укрепить безопасность и эффективность децентрализованных систем, обеспечивая быструю и достоверную проверку подлинности данных.

Исследования показали высокую эффективность системы верификации личности, демонстрируя 100%-ный показатель отклонения неавторизованных запросов. Особого внимания заслуживает стабильность производительности: время, необходимое для проверки членства в наборе данных с использованием накопителей, изменялось менее чем на 1% при значительном увеличении размера этого набора. Это свидетельствует о масштабируемости и надежности предложенного подхода, позволяющего поддерживать высокий уровень безопасности даже при работе с большими объемами данных и растущим числом пользователей. Такая стабильность делает систему особенно привлекательной для приложений, требующих непрерывной и эффективной проверки подлинности, например, в финансовых операциях или системах управления доступом.

Долгосрочная устойчивость: Жизненный цикл сохранения и безопасные углеродные рынки

Концепция жизненного цикла сохранения углеродных кредитов является основополагающим принципом эффективного управления углеродными активами. Она предполагает всесторонний контроль и обеспечение целостности кредитов на протяжении всего их существования — от момента создания посредством проектов по сокращению выбросов или удалению углерода, через процессы верификации и регистрации, до фактического использования и погашения. Такая концепция критически важна для поддержания доверия к рынкам углерода и предотвращения манипуляций. Гарантируя отслеживаемость и уникальность каждого кредита на протяжении всего его жизненного цикла, эта концепция способствует прозрачности, снижает риски двойного учета и обеспечивает реальное воздействие на климат. Эффективное внедрение принципов жизненного цикла сохранения позволяет инвесторам и участникам рынка быть уверенными в подлинности и экологической ценности приобретаемых углеродных кредитов.

Для обеспечения целостности углеродных кредитов и предотвращения мошеннических действий, используются смарт-контракты, основанные на криптографических аккумуляторах. Эти контракты автоматизируют и контролируют весь жизненный цикл углеродного актива — от его создания до выкупа, гарантируя, что каждый кредит будет учтен только один раз. Криптографические аккумуляторы позволяют эффективно проверять принадлежность актива, подтверждая его подлинность и исключая возможность двойного учета или неправомерного использования. Такая система не только повышает доверие к рынку углеродных кредитов, но и снижает риски, связанные с мошенничеством и манипуляциями, обеспечивая долгосрочную устойчивость и надежность углеродных рынков.

Проектирование системы учитывает так называемую модель «честного, но любопытного» злоумышленника, что означает, что даже при наличии участников, стремящихся получить несанкционированный доступ к данным или манипулировать системой, её целостность и безопасность сохраняются. В рамках данной модели предполагается, что злоумышленник соблюдает протокол, но стремится использовать любую доступную информацию для достижения своих целей. Поэтому, архитектура системы построена таким образом, чтобы минимизировать раскрытие конфиденциальной информации и обеспечить надежную защиту от несанкционированного доступа, даже если участник обладает глубоким пониманием её работы и активно ищет уязвимости. Это достигается за счет использования криптографических методов, строгой аутентификации и авторизации, а также постоянного мониторинга и аудита всех операций, гарантируя, что любые попытки манипуляций будут обнаружены и нейтрализованы.

Исследование, представленное в данной работе, демонстрирует стремление к оптимизации систем распределённой торговли энергией и управления углеродными активами. Авторы предлагают гибридную архитектуру, сочетающую преимущества ончейн и оффчейн решений, что позволяет снизить транзакционные издержки при сохранении необходимой степени проверяемости. Как однажды заметил Роберт Таржан: «Программирование — это искусство организации сложности, а не борьбы с ней.». Эта фраза отражает суть подхода, предложенного в статье: вместо того чтобы пытаться реализовать все аспекты системы на блокчейне, авторы предлагают элегантное решение, распределяющее нагрузку и обеспечивающее оптимальный баланс между безопасностью, стоимостью и производительностью. Применение детерминированных дайджестов для обеспечения целостности данных, особенно в оффчейн компонентах, подчеркивает стремление к созданию надежной и эффективной системы.

Что Дальше?

Предложенная гибридная архитектура, использующая детерминированные дайджесты, лишь уводит проблему стоимости транзакций в область доверенных оффчейн-операторов. Необходимо признать: перенос вычислительной нагрузки не отменяет ее существования, а лишь перераспределяет ответственность. По сути, это замена одной централизованной сущности (традиционный клиринговый центр) на сеть менее прозрачных, но потенциально более гибких посредников. Вопрос, как обеспечить их неподкупность и надежность, остается открытым — и требует не просто технических, но и экономических решений, учитывающих стимулы всех участников.

Более того, акцент на снижении транзакционных издержек не должен заслонять более фундаментальную проблему: действительно ли блокчейн — оптимальная технология для управления потоками энергии и углеродных активов? Не проще ли, с точки зрения эффективности и масштабируемости, использовать хорошо отлаженные традиционные системы, добавив к ним лишь слой криптографической защиты и аудита? В конце концов, безопасность — это не обфускация, а прозрачность. Истинная проверка — не в сложности кода, а в возможности независимой верификации.

Следующим шагом видится не столько совершенствование гибридных архитектур, сколько поиск принципиально новых подходов к организации доверия в распределенных системах. Возможно, стоит обратить внимание на альтернативные модели консенсуса, основанные не на вычислительной мощности, а на репутации и социальном капитале. Или, возможно, решение кроется в симбиозе централизованных и децентрализованных технологий, где каждый из них выполняет ту роль, для которой он наиболее пригоден.

Оригинал статьи: https://arxiv.org/pdf/2601.04512.pdf

Связаться с автором: https://www.linkedin.com/in/avetisyan/

Смотрите также:

2026-01-09 14:39