Что такое алгоритмы консенсуса в блокчейн?

Что такое алгоритмы консенсуса в блокчейн?

Алгоритм консенсуса — это механизм, который позволяет пользователям или машинам координировать свои действия в распределенной среде. Он должен гарантировать, что все агенты в системе могут договориться об одном источнике истины, даже если некоторые агенты терпят неудачу. Другими словами, система должна быть отказоустойчивой.

При централизованной настройке один объект имеет власть над системой. В большинстве случаев он может вносить изменения по своему усмотрению — не существует какой-то сложной системы управления для достижения консенсуса между многими администраторами.

Но в децентрализованной системе это совсем другая история.
Допустим, мы работаем с распределенной базой данных — как нам договориться о том, какие записи будут добавлены?

Преодоление этой проблемы в среде, где незнакомые люди не доверяют друг другу, было, пожалуй, самым важным событием, прокладывающим путь для блокчейнов.

Алгоритмы консенсуса и криптовалюта

В криптовалютах балансы пользователей записываются в базу данных — блокчейн. Очень важно, чтобы каждый (точнее, каждый узел) поддерживал идентичную копию базы данных.
В противном случае вы получите противоречивую информацию, подрывающую всю цель криптовалютной сети.

Криптография с открытым ключом гарантирует, что пользователи не смогут тратить монеты друг друга. Но все же должен существовать единый источник истины, на который опираются участники сети, чтобы иметь возможность определить, были ли уже потрачены средства.

Общие черты многих существующих консенсусных алгоритмов:

Во-первых, мы требуем, чтобы пользователи (валидаторы), которые хотят добавить блоки, предоставили долю.
Доля — это некая ценность, которую должен выдвинуть валидатор. Если он обманет, то потеряет свою долю. К примеру, вычислительную мощность, криптовалюту или даже репутацию.

Зачем рисковать собственными ресурсами?
Ну, есть еще и вознаграждение.
Оно обычно состоит из собственной криптовалюты протокола и сборов, уплаченных другими пользователями, свежесгенерированных криптовалютных единиц или и того, и другого.

Последнее, что нам нужно, — это прозрачность.
Нужно уметь распознавать, когда кто-то жульничает. В идеале, должно быть дорого производить блоки, но дешево для любого, кто их проверяет. Это гарантирует, что валидаторы будут постоянно контролироваться обычными пользователями.

Типы консенсусных алгоритмов

Proof of Work (PoW) — Доказательство работы

Proof of Work (PoW) — крестный отец блокчейн-консенсусных алгоритмов.
Впервые он был реализован в биткойне, но сама концепция существует уже давно. В доказательстве работы валидаторы (майнеры) хешируют данные, которые они хотят добавить, пока не создадут конкретное решение. Глядя на результат, никто не может сказать, какая информация была введена в функцию. Поэтому они полезны для доказательства того, что майнеры знали часть данных до определенного времени.

Майнер может дать кому-нибудь свой хеш, и когда он позже откроет данные, этот человек сможет запустить их через функцию, чтобы убедиться, что результат такой же.

В доказательстве работы протокол устанавливает условия для того, что делает блок допустимым. Например, он может сказать, что допустимым будет только блок, хеш которого начинается с «00».
Единственный способ для майнера создать хеш, который соответствует этой комбинации, — это использовать входы грубой силы (перебор). Майнеры могут настраивать параметр (nonce) в своих данных, чтобы получать разные результаты для каждого предположения, пока не получат правильный хеш.

С крупными блокчейнами планка установлена невероятно высоко.
Чтобы конкурировать с другими майнерами, понадобится склад, полный специального оборудования для хеширования (ASICs), чтобы иметь шанс произвести действительный блок.

Ставка при майнинге — это стоимость этих машин и электричество, необходимое для их работы.
ASICs созданы для одной цели, поэтому они не имеют никакого применения за пределами майнинга криптовалют.
Единственный способ окупить свои первоначальные инвестиции — это майнинг, который дает значительную награду, если вы успешно добавите новый блок в блокчейн.

Для сети просто проверить, действительно ли создан правильный блок. Даже если майнер перепробовал триллионы комбинаций, чтобы получить правильный хеш, любому нужно просто запустить данные через функцию один раз. Если данные дают действительный хеш, он будет принят протоколом, и майнер получит вознаграждение. В противном случае сеть откажется от блока, а майнер зря потратит время и электричество.

Proof of Stake (PoS) — Доказательство доли/ставки

Proof of Stake (PoS) было предложено в первые дни существования биткойна в качестве альтернативы Proof of Work.
В PoS-системе нет понятия майнеров, специализированного оборудования или массового потребления энергии. Все, что вам нужно, — это обычный компьютер.

Ну, не все. В PoS вы выдвигаете не внешний ресурс (например, электричество или аппаратное обеспечение), а внутренний — криптовалюту.
Правила различаются для каждого протокола, но обычно существует минимальная сумма средств, которую вы должны иметь, чтобы иметь право на долю. долю .

Вы блокируете свои средства в кошельке (их нельзя перемещать, пока вы делаете ставку). Обычно вы договариваетесь с другими валидаторами о том, какие транзакции войдут в следующий блок. В каком-то смысле вы делаете ставку на блок, который будет выбран, и протокол выберет один из них.

Если ваш блок будет выбран, вы получите часть комиссионных за транзакцию, в зависимости от вашей ставки. Чем больше средств вы заблокируете, тем больше вы можете получить комиссионных.
Но если вы попытаетесь обмануть, предложив недействительные сделки, вы потеряете часть (или всю) своей доли.
Следовательно, у нас есть механизм, аналогичный PoW — действовать честно выгоднее, чем действовать нечестно.

Как правило, свежесозданные монеты не являются частью вознаграждения для валидаторов. Таким образом, родная валюта блокчейна должна быть выпущена каким-то другим способом. Это может быть сделано либо через начальное распределение (например, ICO или IEO), либо путем запуска протокола с PoW перед последующим переходом на PoS.

На сегодняшний день чистое доказательство доли действительно было развернуто только в небольших криптовалютах. Поэтому неясно, может ли оно служить жизнеспособной альтернативой PoW. Хотя это кажется теоретически обоснованным, на практике все будет иначе.

После того, как PoS развернут в сети с большим количеством ценности, система становится игровым полем теории игр и финансовых стимулов. Любой человек, обладающий ноу-хау для «взлома» PoS – системы, скорее всего, сделает это только в том случае, если он сможет извлечь из этого выгоду. Поэтому единственный способ узнать, возможно ли это, — это живая сеть.

Вскоре мы увидим PoS-тестирование в больших масштабах — Casper будет реализован в рамках серии обновлений сети Ethereum (известной как Ethereum 2.0).

Admin