Konsensusalgoritm (Konsensusmekanism)

Vad är konsensusalgoritm?

Tekniken bakom blockkedjor och kryptovalutor har introducerat ett revolutionerande sätt att utbyta och lagra penningvärde. En konsensusalgoritm, även känd som konsensusmekanismen, är kärnan i denna teknik.

Ordet ”konsensus” betyder ”allmän överenskommelse”.

En blockkedja är en distribuerad liggare som registrerar transaktioner och kontosaldon. Det måste finnas en överenskommelse om huvudbokens tillstånd bland alla deltagare. Det är här konsensusalgoritmen kommer in i bilden.

Konsensusalgoritmen är den process där blockkedjans noder (datorer som validerar och registrerar transaktioner) når en överenskommelse om huvudbokens tillstånd.

Konsensusalgoritmen är avgörande för en blockkedja eftersom den hindrar oseriösa aktörer från att lura systemet. Mekanismen förhindrar skadliga aktiviteter som ”dubbelspendering” av kryptovalutor och Sybil-attacker genom att ge incitament till ärliga aktörer.

Därför omfattar definitionen av konsensusmekanism regler och incitament som gör det möjligt för nätverket att komma överens om tillståndet för en blockkedja.

Hur fungerar konsensusalgoritmen?

Vi utgår från att Max är en dålig aktör som har ett saldo på 10 kryptotokens. Max vill ”dubbelspendera” sin krypto genom att skicka 10 tokens till Nina och sedan överföra samma 10 tokens till Ozy.

För att lyckas lura Nina och Ozy skulle Max behöva att alla noder på blockkedjan håller med om hans falska transaktionshistorik.

Men eftersom en offentlig blockkedja är decentraliserad och öppen räknar systemet med att goda och motiverade aktörer avvisar falska transaktioner. Så länge de goda aktörerna är fler än de dåliga kommer Max inte att kunna spendera dubbelt eftersom det inte kommer att finnas en ”allmän överenskommelse” om de förfalskade transaktionerna.

Olika typer av konsensusalgoritmer

Låt oss utforska olika typer av konsensusalgoritmer som används i blockkedjesystem. Här är en lista över de mest populära:

• Proof-of-work (PoW)
• Proof-of-stake (PoS)
• Delegated proof-of-stake (dPoS)
• Proof-of-authority (PoA)
• Hybrid PoW/PoS consensus
• Proof-of-burn (PoB)
• Delayed proof-of-work (dPoW)

Proof-of-Work (PoW)

Proof-of-work är den mest välkända konsensusalgoritmen. Det är den konsensusalgoritm som används i den första offentliga kryptovalutabaserade blockkedjan: Bitcoin.

I PoW-konsensusmekanismen använder nätverksdeltagare som kallas ”miners” beräkningskraft och elektricitet för att validera transaktioner och lägga till nya block i blockkedjans huvudbok. I gengäld belönas miners med nya tokens (BTC i fallet med Bitcoin) för sitt ärliga arbete.

En PoW-blockkedja förblir säker så länge som 51% av nätverkets beräkningskraft innehas av ärliga noder. Eftersom ärliga miners kontrollerar majoriteten av beräkningskraften kommer den ärliga kedjan (den ärliga versionen av blockkedjan) att överträffa alla konkurrerande kedjor.

För att göra ändringar i ett tidigare block måste en angripare använda datorkraft och elektricitet för att ändra det specifika blocket och alla block efter det och sedan överträffa arbetet i den ärliga kedjan. För en angripare kan en så stor mängd datorkraft och elektricitet väga tyngre än de ekonomiska vinster som görs i attacken.

Mogna PoW-blockkedjor som Bitcoin har tillräcklig hashkraft för att göra det otroligt dyrt att försöka sig på en 51%-attack.

Detsamma kan dock inte sägas om mindre PoW-blockkedjor med mindre hashkraft som säkrar nätverket.

Proof-Of-Stake (PoS)

Konsensusmekanismen Proof-of-stake hamnade i rampljuset i och med Ethereums övergång från PoW till PoS 2022.

Här ersätts PoW-miners av PoS-stakers. Till skillnad från miners behöver stakers inte förbruka energi för att validera transaktioner. Istället måste deltagarna satsa kapital (i form av kryptovalutor) som säkerhet för att bli validatorer.

Validerare väljs slumpmässigt ut för att skapa nya block. När ett nytt block har skapats belönas validatorn med nya kryptotokens.

Säkerheten och blockbelöningarna säkerställer att validatorerna förblir ärliga och fullgör sina uppgifter att validera transaktioner, skapa nya block och hålla nätverket igång.

En validerare riskerar att få sina insatta säkerheter förstörda om han eller hon beter sig illvilligt. Medan misslyckande med att delta i nätverksaktivitet när det uppmanas kommer att leda till att validatorer missar blockbelöningar.

I skrivande stund måste du satsa 32 ETH för att bli en validerare på Ethereum.

De största skillnaderna mellan PoW och PoS

Delegated proof-of-stake (dPoS)

Delegated proof-of-stake är en variant av konsensusmekanismen PoS. Här röstar nätverksanvändare och väljer delegater för att validera block.

dPoS är en ryktesbaserad modell för konsensusmekanism. Delegater väljs baserat på deras rykte om tillförlitlighet. dPoS-nätverk har färre antal validerare jämfört med PoS-blockkedjor, vilket gör att nätverket kan nå snabbare konsensus.

Dock kan dPoS-system vara sårbara för 51%-attacker eftersom det finns färre antal validerare i nätverket. Det finns också en risk för maktcentralisering eftersom antalet validerare är få och röstningen är ryktesbaserad.

Proof-Of-Authority (PoA)

Proof-of-authority är en konsensusmekanism där endast auktoriserade enheter tillåts bli blockvaliderare.

Här genomgår potentiella validerare en granskningsprocess där de väljs ut baserat på deras pålitlighet, moraliska standarder, brottsregister, investerbara kapital, tillförlitlighet och rykte. PoA anses vara en mycket effektiv konsensusmekanism eftersom nätverket är beroende av ett litet antal toppvaliderare.

Precis som DPoS är PoA:s konsensusmekanism också sårbar för centralisering och 51%-attacker.

Hybrid PoW/PoS-konsensus

Som namnet antyder är hybrid PoW/PoS-konsensus en blandning av proof-of-work- och proof-of-stake-konsensusalgoritmer. Detta tillvägagångssätt förenar PoW-säkerhet och PoS-styrning.

Ett exempel på en blockkedja som använder en hybrid PoW/PoS-konsensus är Decred. PoW-miners på Decred spelar en liknande roll som de gör på Bitcoin-blockkedjan, det vill säga, verifiering av transaktioner och skapande av nya block.

PoS på Decred är utformat för styrning. DCR-tokeninnehavare kan satsa sina mynt för att få röstningsbiljetter. Biljettinnehavarna väljs ut slumpmässigt för att godkänna PoW-miners och rösta om förändringsförslag.

Proof-Of-Burn (PoB)

Innan vi börjar måste vi veta vad ”burning” betyder. Burning är processen att permanent ta bort mynt från cirkulation genom att skicka dem till en adress som inte går att återskapa.

Proof-of-burn är en konsensusmekanism som kräver att miners bränner mynt. Att bränna mynt är den kostnad som krävs för att delta i gruvverksamhet, det vill säga att verifiera transaktioner, skapa nya block och ta emot blockbelöningar.

Enligt Iain Stewart, skaparen av PoB-konsensus, är gruvkapaciteten högre ju fler mynt en gruvarbetare bränner.

Eftersom PoB-miners bränner mynt i stället för att använda elektricitet som PoW-miners gör, är PoB betydligt mindre energikrävande jämfört med PoW.

Delayed Proof-Of-Work (dPoW)

Delayed proof-of-work är en konsensusmekanism där en blockkedja utnyttjar säkerheten i ett sekundärt PoW-nätverk (t.ex. Bitcoin). Komodo Foundation var pionjär inom denna konsensusmekanism.

Enligt Komodo använder dPoW-nätverk den sekundära PoW-blockkedjan för att lagra säkerhetskopior av sin blockkedjehistorik. En enda kopia av den ursprungliga dPoW-kedjan gör det möjligt för hela nätverket att föryngras om det finns en attack på dPoW-kedjan.

Genom dPoW-konsensusmekanismen kan blockkedjor med låg hashfrekvens förlita sig på mogna PoW-nätverk som Bitcoin för säkerhet.

Slutsatsen om konsensusalgoritm

Konsensusalgoritmer är ryggraden i blockkedjetekniken.

Varje konsensusalgoritm har sina egna fördelar och begränsningar. Medan vissa väljer att satsa på säkerhet och decentralisering, kan andra prioritera snabbhet och effektivitet.