Протоколы консенсуса Blockchain

Консенсус играет важную роль при использовании блокчейна. Этот механизм обеспечивает гарантированную целостность данных в децентрализованной сети для всех участников. Это относится к публичным и частным блокчейнам.

Консенсус является центральным элементом блокчейна, и все современные технологии, такие как PoS, PoW и DPoS, имеют свои преимущества и недостатки.

Используемая процедура консенсуса играет важную роль. Частные и общедоступные блокчейны используют консенсус для обеспечения безопасности и целостности данных на всех узлах. Он обеспечивает целостность блоков и их равномерную синхронизацию в сети.

Самая большая разница между публичным и частным блокчейном зависит от того, кому разрешено участвовать в сети, выполнять протокол консенсуса и управлять общим реестром. Публичная сеть блокчейнов полностью открыта. Кто угодно может присоединиться к сети и участвовать в ней.

Bitcoin — яркий пример публичной сети блокчейнов. В частных блокчейн-сетях администраторы должны решить, какой механизм консенсуса использовать. На Coinmarketrate.com, перечислены сотни проектов, которые используют блокчейны с различными консенсусами.

Механизмы консенсуса являются неотъемлемой частью блокчейнов, когда дело доходит до стабильной и безопасной работы децентрализованной унифицированной базы данных. Поскольку центрального управления нет, узлы должны гарантировать, что данные в цепочке блоков проверены. Механизм консенсуса берет на себя эту задачу через различные узлы, то есть участников сети. Он гарантирует, что все транзакции действительны, и синхронизируются на всех узлах сети.

Консенсус состоит из алгоритма и протокола. Протокол определяет правила, алгоритм их реализует. Таким образом, блокчейн создает надежную систему, которая практически исключает манипуляции, но вопрос о том, как в конечном итоге должны приниматься решения, остается открытым.

Поскольку механизм консенсуса имеет центральное значение для цепочки блоков, все транзакции должны постоянно проверяться. Без работающего механизма консенсуса блокчейн будет подвержен большому количеству хакерских атак.

В зависимости от приложений и желаемых результатов, сети блокчейнов используют разные механизмы консенсуса. Ниже представлены основные типы механизма консенсуса блокчейна.

Proof of Work — классика

Самый известный алгоритм — Proof of Work (PoW), который используется, например, в сети Bitcoin. Другие блокчейны, такие как Ethereum, также используют PoW. Этот процесс используется в течение многих лет и зарекомендовал себя как очень надежный. Для достижения консенсуса PoW использует доказательства решения сложной задачи.

На примере, это расчет нового блока в сети Биткойн. Обычно при таком консенсусе выигрывают узлы с наивысшей производительностью, потому что они выполняют вычисления быстрее, чем более медленные узлы. В результате PoW требует больших вычислений и энергии, но при этом является надежным.

PoW также доказал свою стабильность с быстрорастущими блокчейнами, такими как Биткойн. Поскольку это в значительной степени зависит от вычислительной мощности узлов, соответственно увеличивается потребление ресурсов и энергии. По этой причине все больше и больше сетей хотят полагаться на более современные системы, которые менее ресурсоемки и энергоемки.

Консенсус Proof-of-Stake

Новая процедура консенсуса Proof-of-Stake хорошо видна на примере Ethereum 2.0 — экономия энергии. Ethereum меняет процедуру консенсуса в новой версии 2.0. Вместо Proof-of-Work (PoW) он будет использовать Proof-of-Stake (PoS).

Этой процедуре консенсуса также несколько лет, и в ней используется стратегия, отличительная от PoW используемого узла. PoS был разработан, чтобы заменить энергозатратный PoW.

Требования к оборудованию и энергопотребление PoS ниже, чем у PoW. Кроме того, между узлами происходит более быстрая синхронизация. Это связано с разными подходами. Это не самые быстрые узлы, которые проверяют новые блоки, вместо этого происходит случайный отказ вместе с взвешиванием узлов.

В случае доказательства работы (PoW) майнер, который первым завершит расчет следующего блока, получает «вознаграждение». Так что самые быстрые узлы будут вознаграждены. Доказательство доли в этом случае работает иначе. Здесь соответствующий майнер выбирается случайным образом из пула операторов узлов. Операторы узлов должны иметь указанное минимальное количество монет / токенов, доступных в кошельке. Доля (количество) узла в токенах / монетах в сети является решающей.

PoS использует, среди прочего, взвешивание, основанное на продолжительности участия в сети и количестве токенов / монет узла, вместе со случайным выбором.

PoS не зависит от майнинга, который является основным элементом консенсуса в PoW, поэтому для него требуется меньше аппаратных ресурсов и, следовательно, меньше энергии. Достаточно использовать мобильные приложения, такие как SpaceBot.

В основном PoS использует случайный выбор, с помощью которого выбираются узлы для проверки следующего блока. Решающим фактором здесь является ставка пользователя, то есть количество токенов.

Проще говоря, узлы с большим количеством токенов / монет имеют большие шансы быть выбраны валидатором.

Консенсус Delegated Proof-of-Stake

Помимо PoW и PoS, в качестве консенсуса часто используется Delegated Proof-of-Stake (DPoS). По сути, DPoS действует как PoS. Таким образом, роль играет не вычислительная мощность, а монеты или токены для достижения консенсуса. DPoS не авторизует узлы с наибольшим количеством монет для подтверждения транзакции, но узлы выбирают для этого делегата.

Таким образом, он не определяет количество токенов / монет в сети вместе со случайным выбором, который проверяет блоки, но есть также выбор различных узлов. Система в блокчейне в целом более демократична, чем PoS, и в то же время более энергосберегающая, чем PoW.

Примером этому является DEL, одноранговая валюта блокчейна DecimalChain, который является конструктором токенов.

В то время как с PoS, как правило, каждый узел имеет право проверять новые блоки, в зависимости от количества токенов в кошельке, узлы с DPoS получают только одно право голоса. Несколько узлов голосуют за делегата, который затем проверяет новые блоки.

Протокол Delegated Proof Of Stake также намного эффективнее при обработке транзакций, чем любой из вышеперечисленных протоколов. Блокчейны, использующие протокол Delegated Proof Of Stake, не имеют проблем с обработкой всех полученных транзакций, независимо от их размера.

Таким образом, механизм делегированного подтверждения доли является одним из самых быстрых механизмов консенсуса в цепочке блоков. Это связано с тем, что он может обрабатывать большее количество транзакций по сравнению с механизмом доказательства работы. Из-за системы голосования, взвешенной по ставкам, DPOS часто рассматривается как разновидность цифровой демократии.

Консенсус для частного блокчейна

Платформа с открытым исходным кодом Hyperledger Iroha предлагает возможность легко создать распределенный реестр в форме «Разрешенного реестра». По общему мнению, Hyperledger Iroha полагается на еще один консенсус (YAC). Это алгоритм делегированной византийской отказоустойчивости (dBft).

Если большое количество узлов выйдет из строя, один проект Iroha может продолжить работу, в то время как другие системы консенсуса больше не будут работать. В отличие от PoW и PoS, делегированная византийская отказоустойчивость (dBft) позволяет быстрее определять ненадежных и нежелательных участников блокчейна.

Это важно при использовании в частных блокчейнах, поскольку хакерские атаки здесь более перспективны, чем с большими общедоступными блокчейнами. После окончательного подтверждения dbFt транзакцию нельзя отменить или откатить, если она настроена соответствующим образом.

Заключение

Хотя эти разные механизмы консенсуса преследуют аналогичные цели, они используют разные подходы для обеспечения безопасности. Кроме того, существуют другие механизмы консенсуса, такие как подтверждение возможностей, подтверждение личности, подтверждение полномочий или подтверждение активности.

В настоящее время нет единого оптимального механизма консенсуса, но те, которые были опробованы и протестированы до сих пор, будут продолжать развиваться с течением времени, чтобы лучше соответствовать требованиям технологии блокчейн.

Поскольку лежащая в основе технология все еще относительно молода, прогноз того, какой тип механизма консенсуса блокчейн будет преобладать и будет полезен в долгосрочной перспективе, может быть лишь туманным. По этой причине лица, принимающие решения, которые рассматривают возможность внедрения технологии блокчейн в своей организации, должны быть хорошо осведомлены о различных механизмах консенсуса блокчейна.