Consensus algoritme

Wat is een consensusalgoritme?

Blockchaintechnologie en cryptocurrencies hebben een revolutionaire manier geïntroduceerd om monetaire waarde uit te wisselen en op te slaan. Een consensus algoritme, ook bekend als het consensus mechanisme, vormt de kern van deze technologie.

Het woord “consensus” betekent “algemene overeenstemming”.

Een blockchain is een gedistribueerde ledger dat transacties en rekeningsaldi vastlegt. Alle deelnemers moeten het eens zijn over de status van de ledger. Dit is waar het consensus algoritme om de hoek komt kijken.

Het consensus algoritme is het proces waarbij de knooppunten van de blockchain (computers die transacties valideren en registreren) overeenstemming bereiken over de status van het grootboek.

Het consensus algoritme is cruciaal voor een blockchain omdat het voorkomt dat slechte actoren het systeem kunnen oplichten. Het mechanisme voorkomt kwaadaardige activiteiten zoals “double-spending” van cryptocurrencies en Sybil-aanvallen door eerlijke actoren te stimuleren.

Daarom omvat de definitie van consensus mechanisme regels en stimulansen die het netwerk in staat stellen om het eens te worden over de toestand van een blockchain.

Hoe werkt het consensus algoritme?

Stel dat Max een slechte speler is die een saldo van 10 cryptomunten heeft. Max wil zijn cryptomunten “dubbel uitgeven” door 10 tokens naar Nina te sturen en vervolgens dezelfde 10 tokens over te maken naar Ozy.

Om Nina en Ozy succesvol te bedriegen, zou Max alle knooppunten op de blockchain nodig hebben om in te stemmen met zijn valse transactiegeschiedenis.

Maar omdat een publieke blockchain gedecentraliseerd en open is, rekent het systeem op goede en gemotiveerde actoren om valse transacties niet te accepteren. Zolang het aantal goede actoren groter is dan het aantal slechte, zal Max geen dubbele uitgaven kunnen doen omdat er geen “algemene overeenstemming” zal zijn over de vervalste transacties.

Soorten consensusalgoritmen

Laten we eens kijken naar de verschillende soorten consensusalgoritmen die gebruikt worden in blockchain systemen. Hier is een lijst van de meest populaire:

Proof-of-Work (PoW)

Proof-of-work is het meest bekende consensusalgoritme. Het is het consensusalgoritme dat werd gebruikt in de eerste openbare blockchain op basis van cryptocurrency: Bitcoin.

In het PoW-consensusmechanisme gebruiken netwerkdeelnemers, “miners” genaamd, rekenkracht en elektriciteit om transacties te valideren en nieuwe blokken aan het blockchain-grootboek toe te voegen. In ruil daarvoor worden miners beloond met nieuwe tokens (BTC in het geval van Bitcoin) voor hun eerlijke werk.

Een PoW blockchain blijft veilig zolang 51% van de rekenkracht van het netwerk in handen is van eerlijke nodes. Omdat eerlijke miners de meerderheid van de rekenkracht controleren, zal de eerlijke keten (eerlijke versie van de blockchain) concurrerende ketens overtreffen.

Om wijzigingen aan te brengen aan een blok uit het verleden, zal een aanvaller rekenkracht en elektriciteit moeten gebruiken om dat specifieke blok en alle blokken erna te wijzigen en vervolgens het werk van de eerlijke keten overtreffen. Voor een aanvaller kan het gebruik van zo’n grote hoeveelheid rekenkracht en elektriciteit opwegen tegen de economische voordelen die de aanval oplevert.

Volwassen PoW blockchains zoals Bitcoin hebben voldoende hashingkracht om het ongelooflijk duur te maken om een 51% aanval uit te voeren.

Hetzelfde kan echter niet gezegd worden van kleinere PoW blockchains met minder hashingkracht die het netwerk beveiligen.

Proof-Of-Stake (PoS)

Proof-of-stake consensusmechanisme kwam in de schijnwerpers te staan met de overgang van Ethereum van PoW naar PoS in 2022.

Hierbij worden PoW miners vervangen door PoS stakers. In tegenstelling tot miners hoeven stakers geen energie te verbruiken om transacties te valideren. In plaats daarvan moeten deelnemers kapitaal inzetten (in de vorm van cryptocurrencies) als onderpand om validators te worden.

Validators worden willekeurig gekozen om nieuwe blokken te creëren. Nadat een nieuw blok is gecreëerd, wordt de validator beloond met nieuwe crypto tokens.

Het onderpand en de block beloningen zorgen ervoor dat validators eerlijk blijven en hun taken uitvoeren, zoals het valideren van transacties, het creëren van nieuwe blokken en het draaiende houden van het netwerk.

Een validator riskeert de vernietiging van zijn ingezet onderpand als hij zich kwaadwillig gedraagt. Als een validator niet deelneemt aan netwerkactiviteiten wanneer daarom wordt gevraagd, loopt hij block beloningen mis.

Op het moment van schrijven moet je 32 ETH inzetten om een validator op Ethereum te worden.

Belangrijkste verschillen tussen PoW en PoS

Proof-of-work (PoW) Proof-of-stake (PoS)
Miners gebruiken rekenkracht en elektriciteit om transacties te valideren en nieuwe blokken te creëren Validators zetten crypto’s in als onderpand om transacties te valideren en nieuwe blokken te creëren
Beproefd consensus mechanisme Jonger en minder getest in vergelijking met PoW
Vereist een grote hoeveelheid elektriciteit en wordt daarom niet als milieuvriendelijk beschouwd Verbruikt aanzienlijk minder energie vergeleken met PoW
Miners investeren in dure hardware Validators kunnen PoS-software uitvoeren vanaf laptops
Miners concurreren bij het oplossen van cryptografische puzzels om de kans te krijgen een blok te creëren Een validator wordt willekeurig gekozen om het laatste blok te creëren
Geen slashing Oneerlijke validators riskeren hun ingezette onderpand te verliezen in een gebeurtenis die slashing wordt genoemd

Delegated Proof-of-Stake (dPoS)

Delegated Proof-of-Stake is een variatie op het PoS consensus mechanisme. Hier stemmen netwerk gebruikers en kiezen ze afgevaardigden om blokken te valideren.

dPoS is een op reputatie gebaseerd consensus mechanisme. Afgevaardigden worden gekozen op basis van hun reputatie van betrouwbaarheid. dPoS netwerken hebben minder validators in vergelijking met PoS blockchains, waardoor het netwerk sneller consensus kan bereiken.

Maar dPoS-systemen kunnen kwetsbaar zijn voor 51%-aanvallen omdat er minder validators in het netwerk zijn. Er is ook een risico op centralisatie van de macht omdat er weinig validators zijn en het stemmen op basis van reputatie gebeurt.

Proof-of-Authority (PoA)

Proof-of-authority is een consensusmechanisme waarbij alleen autoriteiten block validators mogen worden.

Hierbij ondergaan potentiële validators een doorlichtingsproces waarbij ze worden geselecteerd op basis van hun betrouwbaarheid, morele normen, strafblad, investeerbaar kapitaal, betrouwbaarheid en reputatie. PoA wordt beschouwd als een zeer efficiënt consensusmechanisme omdat het netwerk afhankelijk is van een klein aantal top-validators.

Net als DPoS is het PoA-consensusmechanisme ook kwetsbaar voor centralisatie- en 51%-aanvallen.

Hybride PoW/PoS-consensus

Zoals de naam al doet vermoeden, is hybride PoW/PoS-consensus een mix van proof-of-work en proof-of-stake consensus algoritmen. Deze aanpak brengt PoW veiligheid en PoS bestuur samen.

Een voorbeeld van een blockchain die een hybride PoW/PoS consensus gebruikt is Decred. PoW miners op Decred spelen een vergelijkbare rol als op de Bitcoin blockchain, namelijk het verifiëren van transacties en het creëren van nieuwe blokken.

PoS op Decred is ontworpen voor bestuur. Houders van DCR-tokens kunnen hun munten inzetten om stemtickets te verkrijgen. Tickethouders worden willekeurig gekozen om PoW-miners goed te keuren en te stemmen over wijzigingsvoorstellen.

Proof-Of-Burn (PoB)

Voordat we beginnen, moeten we weten wat ‘burnen’ betekent. Burnen is het proces van het permanent verwijderen van munten uit de circulatie door ze naar een onvindbaar adres te sturen.

Proof-of-burn is een consensusmechanisme dat vereist dat miners munten burnen. Het burnen van munten is de fee die nodig is om deel te nemen aan mining, d.w.z. het verifiëren van transacties, het creëren van nieuwe blokken en het ontvangen van block beloningen.

Volgens Iain Stewart, de bedenker van de PoB-consensus, geldt dat hoe meer munten een miner verbrandt, hoe hoger zijn mining capaciteit is.

Omdat PoB-miners munten burnen in plaats van elektriciteit verbruiken zoals PoW-miners doen, is PoB aanzienlijk minder energie-intensief in vergelijking met PoW.

Delayed Proof-of-Work (dPoW)

Delayed proof-of-work is een consensus mechanisme waarbij een blockchain gebruikmaakt van de veiligheid van een secundair PoW-netwerk (bijv. Bitcoin). Dit consensus mechanisme is ontwikkeld door de Komodo Foundation.

Volgens Komodo gebruiken dPoW-netwerken de secundaire PoW-blockchain om back-ups van de blockchain geschiedenis op te slaan. Een enkele kopie van de originele dPoW-keten zorgt ervoor dat het hele netwerk kan verjongen in het geval van een aanval op de dPoW-keten.

Door het dPoW-consensus mechanisme kunnen blockchains met lage hashrates voor veiligheid vertrouwen op volwassen PoW-netwerken zoals Bitcoin.

De basis

Consensus algoritmen vormen de ruggengraat van blockchaintechnologie.

Elk consensus algoritme heeft zijn eigen voordelen en beperkingen. Terwijl sommigen kiezen voor veiligheid en decentralisatie, zien anderen snelheid en efficiëntie als hun prioriteit.

Gerelateerde begrippen

Mensholong Lepcha

Mensholong Lepcha is een financieel journalist gespecialiseerd in cryptocurrencies en wereldwijde aandelenmarkten. Hij heeft gewerkt voor gerenommeerde bedrijven als Reuters en Capital.com. Gefascineerd door blockchaintechnologie, NFT's en de tegendraadse school van beleggen, heeft Mensholong expertise in het analyseren van tokenomics, prijsbewegingen en technische details van Bitcoin, Ethereum en andere blockchainnetwerken. Hij heeft artikelen geschreven over een breed scala aan financiële onderwerpen, waaronder grondstoffen, forex, monetair beleid van centrale banken en ander economisch nieuws.