Виды консенсуса в блокчейне. Какие есть алгоритмы и решения?

Виды консенсуса в блокчейне

Мы знаем, что блокчейн — это распределенная децентрализованная сеть, которая обеспечивает неизменяемость, конфиденциальность, безопасность и прозрачность. В основах технологии блокчейна, мы также упоминали, что в такой сети нет центрального органа, который бы подтверждал и проверял транзакции. Каждая транзакция в блокчейне считается полностью защищенной и проверенной. Это возможно только благодаря наличию протокола консенсуса, который является основной частью любой сети блокчейн.

Что такое консенсус и как он работает в блокчейне?

Алгоритм консенсуса — это процедура, с помощью которой все участники сети блокчейн достигают общего согласия относительно текущего состояния распределенного реестра. Таким образом, алгоритмы консенсуса обеспечивают надежность сети блокчейн и устанавливают доверие между неизвестными лицами в распределенной вычислительной среде.

По сути, протокол консенсуса гарантирует, что каждый новый блок, добавляемый в блокчейн, является единственной истинной версией, согласованной всеми узлами блокчейна.

Протокол консенсуса Блокчейна состоит из некоторых конкретных целей, таких как достижение соглашения, сотрудничество, кооперация, равные права для каждого узла и обязательное участие каждого узла в процессе консенсуса. Таким образом, алгоритм консенсуса направлен на поиск общего соглашения, которое является выигрышным для всей сети. Теперь мы обсудим различные алгоритмы консенсуса блокчейна и то, как они работают.

Proof of Work (PoW)

Алгоритм консенсуса Proof of Work используется для вознаграждения майнера при генерации следующего блока. Биткоин использует алгоритм консенсуса PoW. Основная идея этого алгоритма заключается в том, чтобы решить сложную математическую головоломку и легко выдать решение. Эта математическая головоломка требует больших вычислительных мощностей, поэтому узел (нода), решивший головоломку как можно быстрее, получает право добывать следующий блок.

Однако все эти действия требуют множества итераций, которые потребляют значительное количество вычислительной мощности. Именно поэтому PoW считается неэффективным механизмом консенсуса.

Тем не менее, алгоритм PoW продолжает оставаться популярным, поскольку он поддерживает безопасность сети и достаточно устойчив к кибернетическим атакам, таким как DDoS-атаки. Кроме того, это самый старый алгоритм консенсуса, который хорошо работает в блокчейн.

Proof of Stake (PoS)

Это наиболее распространенная альтернатива PoW. Ethereum перешел от Proof-of-Work к консенсусу Proof-of-Stake. В этом виде алгоритма консенсуса вместо того, чтобы инвестировать в дорогостоящее оборудование для решения сложной математической задачи, валидаторы инвестируют в токены системы, закладывая часть своих токенов в качестве ставки. После чего валидаторы могут проверять блоки, которые могут быть добавлены в блокчейн.

Валидаторы получают вознаграждение — или их ставка увеличивается — пропорционально их ставкам в зависимости от количества блоков, добавленных в блокчейн. Поскольку алгоритм PoS основан на стимулах, он потребляет меньше вычислительной энергии, чем PoW.

Несмотря на это преимущество, алгоритм PoS имеет серьезный недостаток. Мощность майнинга валидатора зависит от количества имеющихся у него токенов, поэтому майнер, начинающий с большим количеством монет, получает больший контроль над механизмом консенсуса. Кроме того, несколько майнеров могут приобрести много монет, что еще больше размывает механизм и снижает свойство децентрализации системы.

Delayed Proof of Work (dPoW)

Отложенное доказательство работы (dPoW) — это модифицированная версия алгоритма консенсуса PoW. В этом методе консенсуса сеть блокчейн делает периодические снимки (snapshots), которые затем записываются в блок сети как часть процесса нотариального заверения. Этот процесс помогает создать резервную копию всей системы на блокчейне.

Строго говоря, dPoW не является алгоритмом консенсуса, поскольку он не используется для достижения консенсуса по новым блокам. Скорее, это механизм безопасности, который делает блокчейн устойчивым к атаке 51%, при которой один субъект может контролировать большинство хешрейтов в сети блокчейна и вызвать серьезные сбои в работе сети. Это возможно потому, что dPoW сбрасывает правила консенсуса сети всякий раз, когда блок нотариально заверяется, делая невозможной реорганизацию нотариально заверенных блоков.

Delegated Proof of Stake (DPoS)

Делегированное доказательство доли (DPoS) считается более эффективной и демократичной версией PoS. Этот алгоритм основан на системе голосования, в которой делегаты или свидетели голосуют за своих любимых валидаторов для достижения консенсуса при генерации и валидации блоков. Помимо подтверждения транзакций, делегаты также помогают поддерживать целостность, надежность и прозрачность сети блокчейн.

Право голоса каждого делегата пропорционально количеству имеющихся у него монет. Они получают вознаграждение за свою работу в виде платы за транзакции, которая делится с соответствующими избирателями.

Система голосования алгоритма DPoS, а значит и механизм консенсуса, зависит от репутации делегатов. Это более масштабируемый механизм, чем PoW или PoS, поскольку он может обрабатывать больше транзакций в секунду и обеспечивать более быстрое время подтверждения.

Proof of Authority (PoA)

Алгоритм консенсуса Proof of Authority (PoA) является более эффективной и масштабируемой альтернативой энергоемкому алгоритму PoW. Кроме того, в PoA лица, подтверждающие достоверность блока, используют свою репутацию и личные данные, а не монеты, что делает систему более безопасной, чем PoS.

По сути, сеть блокчейн на основе PoA защищена ограниченным числом узлов-валидаторов. Эти узлы — доверенные стороны, которые произвольно выбираются и предварительно утверждаются для проверки блоков и транзакций. Эти участники выступают в роли модераторов системы и помогают создать более масштабируемый механизм, чем PoW.

Поскольку реальные личности этих узлов-модераторов известны и им можно доверять, PoA очень подходит для логистических приложений, таких как цепочки поставок или торговые сети. Он позволяет пользователям воспользоваться всеми преимуществами технологии блокчейн, сохраняя конфиденциальность и обеспечивая безопасность своих транзакций.

Proof of Burn (PoB)

Доказательство сжигания (PoB) тестируется в качестве жизнеспособной и устойчивой альтернативы алгоритмам PoW и PoS. PoB похож на PoW, но потребляет гораздо меньше вычислительной энергии. Это связано с тем, что процесс подтверждения блока на блокчейне не требует вычислительных ресурсов или аппаратного обеспечения. Вместо этого майнеры «сжигают» или инвестируют монеты в блокчейн для достижения консенсуса.

Монеты отправляются на адрес, откуда их невозможно извлечь, что делает их недоступными и бесполезными. Это демонстрирует приверженность майнеров сети и дает им право добывать новые монеты и подтверждать новые транзакции в сети. Чем больше монет сжигает майнер, тем больше у него мощности для добычи, что повышает его шансы стать следующим валидатором блока.

Сжигание монет уменьшает предложение криптовалюты и увеличивает ее стоимость. Это также повышает безопасность сети за счет вложения сгоревших монет.

Proof of Capacity (PoC)

В консенсусе Proof-of-capacity или Proof-of-space (PoSpace) валидаторы должны предоставить место на жестком диске вместо того, чтобы вкладывать деньги в дорогое оборудование или сжигать монеты. Чем больше места на жестком диске имеют валидаторы, тем выше их шансы быть выбранными для добычи следующего блока и получить вознаграждение за блок.

Proof of Elapsed Time (PoET)

PoET — один из самых объективных алгоритмов консенсуса, который выбирает следующий блок только честными средствами. Он широко используется в эксклюзивных блокчейнах.

В этом алгоритме каждый валидатор в сети получает шанс создать свой собственный блок. Все узлы делают это, ожидая случайное количество времени, добавляя доказательство своего ожидания в блок. Созданные блоки транслируются в сеть для рассмотрения другими. Победителем становится тот валидатор, у которого наименьшее значение таймера в доказательной части. Блок от победившего узла-валидатора добавляется в блокчейн. В алгоритме есть дополнительные проверки, чтобы не дать узлам всегда выигрывать выборы или генерировать наименьшее значение таймера.

Proof of History (PoH)

Как следует из названия, proof of history (PoH) обеспечивает доказательство исторических событий. Разработанный Solana, PoH позволяет встраивать «временные метки» в сам блокчейн, проверяя прохождение времени между транзакциями без необходимости полагаться на другие узлы.

Этот метод временных меток обеспечивается так называемой функцией верифицируемой задержки (VDF) SHA-256 с последовательным хешированием. Она работает, принимая результат транзакции и используя его в качестве входных данных для следующего хеша, что позволяет всем четко видеть, что событие произошло в определенной последовательности. Поскольку VDF могут быть решены только одним процессорным счетом, PoH значительно снижает вычислительный вес блокчейна, делая его более быстрым и энергоэффективным, чем многие его конкуренты.

Proof of Activity (PoA)

PoA — это, по сути, гибридный подход, разработанный на основе слияния моделей консенсуса блокчейна PoW и PoS.

В случае механизма PoA майнеры участвуют в гонке за скорейшее решение криптографической головоломки, используя специальное оборудование и электроэнергию, как и в PoW. Однако в блоках, с которыми они сталкиваются, хранится только информация о личности победителя блока и транзакции вознаграждения. Именно здесь механизм переключается на PoS.

Валидаторы проверяют и обеспечивают правильность заполнения блока. Если блок был проверен много раз, то валидаторы переходят к его заполнению. Таким образом проверяются открытые транзакции и окончательно интегрируются в найденные блок-контейнеры.

Proof of Importance (PoI)

Введенный NEM, PoI является разновидностью протокола PoS, который учитывает роль холдеров и валидаторов в своей работе. Важность (Importance) валидатора зависит от таких факторов, как репутация, общий баланс и количество транзакций, проведенных через определенный адрес.

Сети, основанные на модели консенсуса POI, не подвержены атакам и вознаграждают пользователей за вклад в безопасность сети.

Заключение

В конечном итоге все алгоритмы и протоколы имеют схожую цель — достижение консенсуса в децентрализованной сети. Однако, даже имея общую цель, эти механизмы различаются по своему подходу к достижению консенсуса. Хотя идеального консенсуса пока не существует, интересно наблюдать, как механизмы консенсуса развивались и приспосабливались в течение долгого времени к изменяющимся требованиям. Ну и конечно, будет очень интересно понаблюдать за реализацией новаторских идей в системе блокчейна.

Понравилась статья? Поделитесь в соцсетях

Похожие записи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *