Механизмы консенсуса блокчейна
Каждый блокчейн должен выбрать механизм, который гарантирует, что все участники согласны с правдой о своих данных. Вы можете думать об этом как о стандартизированном способе, с помощью которого всех политиков в Думе можно как можно быстрее привести к согласованию мнения. Поскольку политикам, вероятно, придется обсуждать это, все участники сети блокчейнов делают это, общаясь друг с другом по сети.
Протоколы связи реализованы в программном обеспечении, которое выполняется на всех задействованных устройствах. Однако общение осуществляется не на основе политических убеждений, а скорее на основе статуса данных блокчейна, например истории транзакций в валюте, такой как Bitcoin.
Распознавание некоторых из этих механизмов, которые перечислены в проектах на Coinmarketrate.com, в настоящее время доминирует, в то время как другие остаются неизвестными, или до сих пор мало использованными.
Proof of Work — классический «майнинг»
Мы знаем термин «майнинг», например, от короля криптовалют — Биткойн. Для сети Ethereum транзакции пока также должны быть упакованы в блоки с использованием майнинга и, таким образом, подтверждены.
Правильное название этого механизма консенсуса — Proof of Work (PoW). Он просто описывает условие, при котором участник сети должен выполнить честную и поддающуюся проверке работу, чтобы иметь возможность подтвердить ряд транзакций. За это он получает соответствующее вознаграждение за каждый рассчитанный блок.
Эта награда предназначена для компенсации затраченной электроэнергии и использования специального оборудования (ASIC-майнер или GPU), а также для получения прибыли. Распределение состоит из текущего вознаграждения за блок и комиссий за транзакции, утвержденных в транзакциях.
Доказательство работы до сих пор было самым распространенным методом, особенно для криптовалют. Вероятно, это так, поскольку он доказывает свою надежность и безопасность с 2009 года. Кроме того, высокие ставки в майнинге также гарантируют, что генерируемые монеты имеют реальный эквивалент в виде бумажных денег.
Каким бы надежным и испытанным ни был этот процесс, он также подвергается резкой критике. Недостатком Proof of Work является то, что необходимая электрическая энергия и частично специально изготовленное оборудование потребляются за счет окружающей среды. Многие поклонники криптовалюты и критики хотели бы, чтобы консенсус не оказывал такого сильного воздействия на окружающую среду.
Еще один минус — раскол в сообществе этих проектов. Всегда есть две группы. Пользователи, которые должны платить комиссию за транзакцию и ждать подтверждений, и майнеры, следящие за прибылью, и в основном желающие иметь политически выгодное влияние на проект. Предложения о том, как можно улучшить проект и его реализацию исходного кода, обычно вызывают дискуссии, в которых оба лагеря энергично отстаивают свои интересы.
Proof of Stake — партнер с правом голоса
Как и в случае с акционерной корпорацией, например, в Proof of Stake (PoS) все акционеры имеют право высказывать свое мнение при достижении консенсуса. Это право на проверку блока новых транзакций предоставляется каждый раз детерминированно.
Акционеры с большим количеством активов в кошельке имеют немного больше шансов быть выбранными. С одной стороны, они в конечном итоге больше заинтересованы в функциональности сети и, следовательно, должны сами вносить в нее больший вклад. С другой стороны, если выбор акционеров будет слишком неоднородным, существует риск того, что подтверждение блока станет слишком центральным, и наделяет богатые стороны более широкими полномочиями.
В большинстве случаев в блокчейнах на основе Proof of Stake все токены уже «предварительно добыты» (т. е. созданы) вместо того, чтобы медленно выводиться на рынок посредством поиска блоков, как в случае с Proof of Work, до указанного максимума. Блокчейны PoS обычно уже выпустили все токены в обращение, и акционеры, выигравшие блоки, могут заплатить только комиссию за транзакцию.
В настоящее время этот процесс успешно используется в некоторых блокчейнах и проектах, а также в мире криптовалют, и становится все более популярным. Хотя бы потому, что для этого не нужно тратить электроэнергию. Потребление ограничивается простым использованием участниками и не увеличивается из-за излишне сложных расчетов.
Proof of Work vs Proof of Stake, или смотря в будущее
Сейчас очень заметно, что Proof of Stake фокусируется на недостатках Proof of Work. Следовательно, устойчивость блокчейнов должна быть повышена за счет значительной экономии электроэнергии и оборудования, и в то же время облегчить сообществу дальнейшую разработку проектов, избегая конфликтов интересов.
Тем не менее, Proof of Stake также вызывает вопросы: можно ли гарантировать, что богатые не станут еще богаче? Когда алгоритм отбора валидаторов, подтверждающих блок, идеален и максимально справедлив?
Вероятно, не повредит взглянуть на другие варианты, основанные на этих двух идеях, и которые хотят их улучшить.
- Delegated Proof of Stake (DPoS) — алгоритм честного выбора блока
В отличие от PoW, владелец монеты получает право голоса, взвешивание которого основывается на количестве хранимых монет (процедура, которая используется, например, на платформе Cosmoc и EOS). С этим правом голоса избирается валидатор. Валидатор — это объект в сети, который может создать новый блок. Так что это должны быть особо надежные участники.
Еще одна группа в этом процессе — «делегаты». Они не могут добывать блоки и принимать участие в управлении системой. Делегаты не принимают собственных решений, а вносят предложения по изменениям всему сообществу, которое, в свою очередь, голосует за изменения.
- Proof of Activity (PoA) — гибридный подход
Этот подход не является результатом оптимизации единого механизма консенсуса, а представляет собой комбинацию PoW и PoS. Подразумевается, что майнеры продолжат решать криптографические головоломки с большим количеством энергии и оборудования. Найденные таким образом блоки содержат только личность победителя блока и его транзакцию вознаграждения. Затем начинается этап Proof of Stake, и валидаторы (акционеры, выбранные для проверки транзакций и блоков) подтверждают правильность блока. Если блок проверялся достаточно часто, валидаторы активируют его до готового блока. Только на этом шаге блок будет содержать транзакции из сети, которые необходимо подтвердить.
Proof of Importance (PoI) — сначала VIP
Концепция, представленная NEM, основана на Proof of Stake, а также имеет делегаторов и валидаторов. Однако они выбираются по определенному алгоритму, а не просто случайно и по размеру стека. Их важность для сети и важность, которую сеть, по-видимому, для них имеет, также отражаются в формуле.
В определении доказательства важности (PoI) NEM, это реализовано путем включения использования. Участники, которые часто отправляют транзакции, чаще используют блокировку. Конечно, необходимо следить за тем, чтобы модели манипуляций быстро распознавались, и поэтому спам-транзакции, которые предназначены только для повышения важности акционера, не включаются.
Proof of Elapsed Time (PoET) — эко-майнинг с помощью инноваций
Этот механизм был изобретен производителем микросхем Intel и относится к технологическому достижению SGX (Safe Guard Extensions). SGX включает в себя набор инструкций ЦП, которые позволяют процессам использовать собственные ресурсы ЦП. Это предназначено для создания доверенных сред выполнения в вычислениях, для которых нет опасности манипулирования извне.
При чем здесь подтверждение транзакций? Цель состоит в том, чтобы реализовать настоящий случайный механизм с помощью этого нововведения на низком уровне программного и аппаратного обеспечения. По сравнению с Proof of Work, не определяется случайно, какой участник может первым решить головоломку со своими ресурсами. PoET заменяет криптографическую загадку тем фактом, что только архитектура ЦП в сочетании с количеством оборудования для майнинга знает, как часто и когда участник будет выигрывать блок.
Этот подход заключается в значительном сокращении энергопотребления при майнинге. К сожалению, это увеличивает зависимость от поддерживаемой архитектуры ЦП в оборудовании для майнинга. Используемое оборудование может быть значительно уменьшено в размерах или подключено к обычным компьютерам, но участвовать могут только участники с процессором SGX.
Заключение
В этой статье мы рассмотрели концепцию некоторых популярных механизмов консенсуса, которые можно использовать при разработке блокчейна. Можно предположить, что успех этих систем зависит, среди прочего, от качества и справедливости их процедур консенсуса. Следовательно, следует продолжать прилагать глобальные усилия, чтобы найти еще более эффективные методы защиты блокчейнов в долгосрочной перспективе, и даже сделать их более масштабируемыми (больше возможных транзакций в единицу времени).
В настоящее время выбор процедуры консенсуса должен зависеть от требований проекта. Следует подумать о том, насколько сокрушительны недостатки и насколько полезны преимущества каждой концепции для желаемого результата.
В конечном итоге пока не удалось найти универсально совершенную концепцию, которая бы смогла превзойти конкурентов.