Czym jest mechanizm konsensusu?
Technologia blockchain i kryptowaluty wprowadziły rewolucyjny sposób wymiany i przechowywania wartości pieniężnej. Mechanizm konsensusu, znany również jako algorytm konsensusu, leży u podstaw tej technologii.
Słowo „konsensus” oznacza „ogólną zgodę”.
Blockchain to rozproszona księga, która rejestruje transakcje i salda kont. Wszyscy uczestnicy muszą być zgodni co do stanu księgi. W tym miejscu do gry wkracza algorytm konsensusu.
Algorytm konsensusu to proces, w którym węzły blockchain (komputery walidujące i rejestrujące transakcje) osiągają porozumienie w sprawie stanu księgi.
Algorytm konsensusu ma kluczowe znaczenie dla blockchaina, ponieważ zapobiega oszukiwaniu systemu przez złych aktorów. Mechanizm ten zapobiega nieuczciwym działaniom, takim jak „podwójne wydawanie” kryptowalut i ataki Sybil.
Definicja mechanizmu konsensusu obejmuje zasady i zachęty, które pozwalają sieci uzgodnić stan łańcucha bloków.
Jak działa mechanizm konsensusu?
Załóżmy, że Max jest złym aktorem, który ma saldo w wysokości 10 tokenów kryptograficznych. Max chce „podwójnie” wydać swoją kryptowalutę, wysyłając 10 tokenów do Niny, a następnie przesyłając te same 10 tokenów do Ozy’ego.
Aby skutecznie oszukać Ninę i Ozy’ego, Max potrzebowałby, aby wszystkie węzły w łańcuchu bloków zgodziły się z jego fałszywą historią transakcji.
Ponieważ jednak publiczny blockchain jest zdecentralizowany i otwarty, system liczy na dobrych i zmotywowanych aktorów, którzy odrzucą fałszywe transakcje.
Tak długo, jak liczba dobrych aktorów przewyższa liczbę złych, Max nie będzie w stanie dokonać podwójnych wydatków, ponieważ nie będzie „ogólnego porozumienia” w sprawie sfałszowanych transakcji.
Rodzaje algorytmów konsensusu
Przyjrzyjmy się różnym rodzajom algorytmów konsensusu wykorzystywanych w systemach blockchain. Oto lista najpopularniejszych z nich:
- Proof-of-Work (PoW)
- Proof-of-Stake (PoS)
- Delegowany Proof-of-Stake (dPoS)
- Proof of Importance (PoI)
- Proof of Personhood (PoP)
- Proof of Reserves (PoR)
- Proof-of-Authority (PoA)
- Hybrydowy konsensus PoW/PoS
- Proof-of-Burn (PoB)
- Delayed Proof-of-Work (dPoW)
Proof-of-Work (PoW)
Proof-of-Work jest najbardziej znanym algorytmem konsensusu. Jest to algorytm konsensusu używany w pierwszym publicznym blockchainie opartym na kryptowalutach: Bitcoin.
W mechanizmie konsensusu PoW uczestnicy sieci zwani „górnikami” zużywają moc obliczeniową i energię elektryczną w celu walidacji transakcji i dodawania nowych bloków do księgi blockchain. Ten proces nazywamy wydobywaniem kryptowalut.
W zamian za swoją uczciwą pracę górnicy są nagradzani nowymi tokenami (BTC w przypadku Bitcoina).
Blockchain PoW pozostaje bezpieczny tak długo, jak 51% mocy obliczeniowej sieci znajduje się w posiadaniu uczciwych węzłów. Ponieważ uczciwi górnicy kontrolują większość mocy obliczeniowej, uczciwy łańcuch (uczciwa wersja łańcucha bloków) wyprzedzi wszelkie konkurencyjne łańcuchy.
Aby dokonać zmian w poprzednim bloku, atakujący będzie musiał poświęcić moc obliczeniową i energię elektryczną, aby zmodyfikować ten konkretny blok i wszystkie bloki po nim, a następnie przekroczyć pracę uczciwego łańcucha.
Dla atakującego wydatkowanie tak dużej ilości mocy obliczeniowej i energii elektrycznej może przewyższać zyski ekonomiczne osiągnięte w wyniku ataku.
Rozwinięte łańcuchy bloków PoW, takie jak Bitcoin, mają wystarczającą moc obliczeniową, aby próba ataku 51% była niezwykle kosztowna.
Tego samego nie można jednak powiedzieć o mniejszych blockchainach PoW z mniejszą mocą obliczeniową zabezpieczającą sieć.
Proof-of-Stake (PoS)
Mechanizm konsensusu Proof-of-Stake znalazł się w centrum uwagi wraz z przejściem Ethereum z PoW na PoS w 2022 roku.
Tutaj górnicy PoW zostali zastąpieni przez stakerów PoS. W przeciwieństwie do górników, stakerzy nie muszą zużywać energii do walidacji transakcji. Zamiast tego uczestnicy muszą wnieść kapitał (w postaci kryptowalut) jako zabezpieczenie, aby zostać walidatorami.
Walidatorzy są wybierani losowo do tworzenia nowych bloków. Po utworzeniu nowego bloku walidator jest nagradzany nowymi tokenami kryptograficznymi.
Zabezpieczenie i nagrody za bloki zapewniają, że walidatorzy pozostają uczciwi i wypełniają swoje obowiązki w zakresie walidacji transakcji, tworzenia nowych bloków i utrzymywania działania sieci.
Walidator ryzykuje zniszczenie swojego zabezpieczenia w przypadku, gdy zachowuje się nieuczciwie. Nieuczestniczenie w aktywności sieci na wezwanie spowoduje, że walidatorzy stracą nagrody za bloki.
W chwili pisania tego tekstu będziesz musiał postawić 32 ETH, aby zostać walidatorem Ethereum.
Kluczowe różnice między PoW a PoS
Proof-of-Work (PoW) | Proof-of-Stake (PoS) |
Górnicy zużywają moc obliczeniową i energię elektryczną, aby zatwierdzać transakcje i tworzyć nowe bloki | Walidatorzy stake’ują kryptowaluty jako zabezpieczenie, aby zatwierdzać transakcje i tworzyć nowe bloki |
Sprawdzony i przetestowany mechanizm konsensusu | Młodszy i mniej sprawdzony w porównaniu do PoW |
Wymaga dużej ilości energii elektrycznej, co sprawia, że nie jest uważany za przyjazny dla środowiska | Konsumuje znacznie mniej energii w porównaniu do PoW |
Górnicy inwestują w drogi sprzęt | Walidatorzy mogą uruchamiać oprogramowanie PoS z laptopów |
Górnicy rywalizują, aby rozwiązać zagadki kryptograficzne i uzyskać szansę na stworzenie bloku | Walidator jest losowo wybierany do stworzenia najnowszego bloku |
Brak kar za nieuczciwość | Nieuczciwi walidatorzy ryzykują utratę stake’owanego zabezpieczenia w procesie zwanym slashing |
Delegowany Proof-Of-Stake (dPoS)
Delegowany Proof-of-Stake jest odmianą mechanizmu konsensusu PoS. Tutaj użytkownicy sieci głosują i wybierają delegatów do zatwierdzania bloków.
dPoS to model mechanizmu konsensusu oparty na reputacji. Delegaci są wybierani na podstawie ich reputacji niezawodności. Sieci dPoS mają mniejszą liczbę walidatorów w porównaniu do blockchainów PoS, co pozwala sieci osiągnąć szybszy konsensus.
Jednak systemy dPoS mogą być podatne na ataki 51%, ponieważ w sieci jest mniejsza liczba walidatorów. Istnieje również ryzyko centralizacji władzy, ponieważ liczba walidatorów jest niewielka, a głosowanie jest zależne od reputacji.
Dowód autorytetu (PoA)
Proof-of-Authority to mechanizm konsensusu, w którym tylko autorytety mogą zostać walidatorami bloków.
W tym przypadku potencjalni walidatorzy przechodzą proces weryfikacji, w którym są wybierani na podstawie ich wiarygodności, standardów moralnych, rejestrów karnych, kapitału, który można zainwestować, niezawodności i reputacji.
PoA jest uważane za wysoce wydajny mechanizm konsensusu, ponieważ sieć zależy od niewielkiej liczby najlepszych walidatorów.
Podobnie jak DPoS, mechanizm konsensusu PoA jest również podatny na centralizację i ataki 51%.
Hybrydowy konsensus PoW/PoS
Jak sama nazwa wskazuje, hybrydowy konsensus PoW/PoS jest mieszanką algorytmów konsensusu Proof-of-Work i Proof-of-Stake. Podejście to łączy w sobie bezpieczeństwo PoW i zarządzanie PoS.
Przykładem blockchaina wykorzystującego hybrydowy konsensus PoW/PoS jest Decred. Górnicy PoW na Decred odgrywają podobną rolę jak na blockchainie Bitcoina, tj. weryfikują transakcje i tworzą nowe bloki.
PoS na Decred jest przeznaczony do zarządzania. Posiadacze tokenów DCR mogą stawiać swoje monety, aby uzyskać bilety do głosowania. Posiadacze biletów są wybierani losowo w celu zatwierdzenia górników PoW i głosowania nad propozycjami zmian.
Proof-Of-Burn (PoB)
Zanim zaczniemy, musimy wiedzieć, co oznacza „spalenie”. Spalanie to proces trwałego usuwania monet z obiegu poprzez wysyłanie ich na niemożliwy do odzyskania adres.
Proof-of-Burn to mechanizm konsensusu, który wymaga od górników spalania monet. Spalanie monet jest kosztem wymaganym do wzięcia udziału w działalności wydobywczej, tj. weryfikacji transakcji, tworzenia nowych bloków i otrzymywania nagród za bloki.
Według Iaina Stewarta, twórcy konsensusu PoB, im więcej monet spala górnik, tym wyższa jest jego zdolność wydobywcza.
Ponieważ górnicy PoB spalają monety zamiast zużywać energię elektryczną, jak robią to górnicy PoW, PoB jest znacznie mniej energochłonny w porównaniu do PoW.
Opóźniony dowód pracy (dPoW)
Opóźniony dowód pracy (dPoW) to mechanizm konsensusu, w którym blockchain wykorzystuje bezpieczeństwo dodatkowej sieci PoW (np. Bitcoin). Ten mechanizm konsensusu został zapoczątkowany przez Fundację Komodo.
Według Komodo, sieci dPoW wykorzystują wtórny blockchain PoW do przechowywania kopii zapasowych swojej historii blockchain. Pojedyncza kopia oryginalnego łańcucha dPoW pozwoli na odmłodzenie całej sieci w przypadku ataku na łańcuch dPoW.
Dzięki mechanizmowi konsensusu dPoW, blockchainy o niskim współczynniku hashowania mogą polegać na dojrzałych sieciach PoW, takich jak Bitcoin.
Podsumowanie
Mechanizmy konsensusu są podstawą technologii blockchain.
Każdy algorytm konsensusu ma swoje zalety i ograniczenia. Podczas gdy niektóre z nich stawiają na bezpieczeństwo i decentralizację, dla innych priorytetem może być szybkość i wydajność.