Механизм консенсуса в блокчейне представляет собой способ для всех в группе договориться о чем-то, без участия лидера или централизованной организации. В мире блокчейна эта группа включает компьютеры, подключенные к сети блокчейна. Когда кто-то хочет добавить новую информацию (например, транзакцию), эти компьютеры проверяют правильность данных.
Для голосования они используют правила, установленные блокчейном. Если достаточное количество участников согласны с тем, что информация верна, она добавляется в блокчейн. Этот процесс помогает обеспечить безопасность и честность блокчейна, поскольку ни один компьютер не может принимать решения самостоятельно, они должны прийти к общему согласию.
Что такое механизмы консенсуса
Механизмы консенсуса — это протоколы, которые обеспечивают синхронизацию всех узлов друг с другом и договариваются о том, какие транзакции являются законными и добавляются в блокчейн.
Эти механизмы консенсуса имеют решающее значение для правильного функционирования блокчейна. Они следят за тем, чтобы все использовали один и тот же блокчейн. Каждый может отправлять что-то для добавления в блокчейн, поэтому необходимо, чтобы все транзакции и блокчейн постоянно проверялись всеми узлами. Без механизмов консенсуса блокчейны подвергаются риску различных атак.
Виды алгоритмов консенсуса
Не все механизмы консенсуса одинаковы. Рассмотрим их основные типы и то, как они работают.
Доказательство работы (PoW)
Алгоритм консенсуса PoW, впервые использован Биткоином. Многие криптовалюты последовали примеру BTC и также приняли этот механизм консенсуса.
Процесс Proof Of Work известен как майнинг, а узлы — майнеры. Майнеры решают сложные математические задачи, требующие большой вычислительной мощности. Первый, кто решит головоломку, создает блок и получает награду за это. Чтобы поддерживать постоянное количество новых монет, блоки должны создаваться в течение определенного периода времени. Если блоки создаются слишком быстро, задачи становятся сложнее, а если слишком медленно — становятся проще. Этот процесс требует много вычислительной мощности для создания блока.
Криптовалюты, использующие PoW: Bitcoin, Litecoin, Dogecoin.
| Преимущества | Недостатки |
| Высокий уровень безопасности. Гарантирует, что добавление фейковых транзакций в сеть практически невозможна; | Низкая скорость транзакций и высокие комиссии; |
| Децентрализованный метод проверки операций; | Высокое энергопотребление; |
| Вознаграждения в виде новых монет и комиссии за транзакции; | Потребность в дорогостоящем оборудовании. |
| Исключает манипуляции с блокчейном, например, двойные траты. |
Доказательство доли (PoS)
В этом механизме для добавления нового блока в блокчейн используется не добыча монет, а их блокировка. Участникам необходимо застейкать (заблокировать) свои криптовалютные активы для проверки транзакций и получения вознаграждений. Криптовалюта, используемая для стекинга блокируется на заранее определенный период. Чем больше криптовалюты застейкано, тем выше вероятность, быть выбранным в качестве валидатора для добавления блока и получения вознаграждения.
Заблокированные монеты пассивно зарабатывают вознаграждения и вносят свой вклад в сеть до тех пор, пока пользователь не разблокирует их. Кроме подтверждения транзакций и добавления блоков в блокчейн, валидаторы являются активными членами сообщества, ответственными за хранение данных. Если какой-либо пользователь нарушает консенсус, его доля теряется.
Криптовалюты, использующие PoS: Cardano, Polkadot, Ethereum 2.0, Algorand.
| Преимущества | Недостатки |
| Более экономически эффективен, чем PoW; | Активы блокируются и ими нельзя торговать; |
| Не требуется дорогостоящее оборудование для майнинга; | Стоимость заблокированных активов может упасть; |
| Пассивный доход. | Если пользователь решит вывести монеты раньше окончания срока блокировки, он потеряет вознаграждение. |
Делегированное доказательство доли (DPoS)
DPoS разделяет многие принципы консенсуса PoS с дополнительной возможностью делегировать свою долю доверенному пулу или организации, которая затем будет стейкать монеты от их имени.
Примером может быть пользователь у которого есть необходимое оборудование для круглосуточной работы пула ставок 7 дней в неделю с гарантированным временем безотказной работы. И он будет иметь более высокую вероятность быть выбранным для проверки определенного блока. В этом случае участники смогут делегировать свою ставку в этот пул, и когда дело дойдет до валидации нового блока, они будут получать вознаграждение, пропорциональное их доле в этом пуле.
Криптовалюты использующие PoS: EOS, Tron, BitShares.
| Преимущества | Недостатки |
| Высокая скорость обработки транзакций; | Протокол может считаться слишком сложным в обслуживании для некоторых пользователей; |
| Безопасность голосования в режиме реального времени: злонамеренный делегат может быть исключен из системы; | Назначение контроля над сетью небольшой группой увеличивает ее уязвимость для злоумышленников, например, при атаке 51%; |
| Потребляет меньше энергии, чем PoW; | Пользователи с меньшей долей могут отказаться от участия в голосовании, посчитав свой голос несущественным. |
| Не требуется дорогостоящее специализированное оборудование; | |
| Защита от двойных расходов; | |
| Более демократичен и финансово инклюзивен из-за меньшей суммы стекинга, требуемой пользователем/узлом; | |
| Большая децентрализация, так как в консенсусе принимает участие больше людей из-за низкого порога входа. |
Подтверждение полномочий (PoA)
Предпочитается частными или разрешенными блокчейнами, выбирает валидаторов на основе репутации и личности, а не цифровых активов пользователя. В этой системе группа валидаторов предварительно утверждается в процессе проверки анкетных данных. Группа аудиторов обычно должна оставаться небольшой (25 или меньше), чтобы обеспечить эффективность и управляемую безопасность сети.
Монеты, работающие на PoA: JPMCoin, VeChain.
| Преимущества | Недостатки |
| Более экологичен, чем алгоритмы, основанные на доказательстве работы; | Требует, чтобы пользователи доверяли валидаторам, в то время как публичные блокчейны стремятся быть не требующими доверия; |
| Легко масштабируется, практически не требует специализированного оборудования. | Любая структура, предназначенная для концентрации власти, ставит под угрозу децентрализацию. Кроме того, псевдоанонимность валидатора теряется. |
Доказательство истории (PoH)
Включает время в блокчейн, чтобы снизить нагрузку на сетевые узлы во время обработки блоков. Он работает как криптографическая отметка времени. Этот процесс исключает необходимость определения времени транзакций, как это происходит в алгоритме доказательства работы (PoW). Например, вместо этого PoH использует проверяемые функции задержки, которые можно решить с помощью одного ядра ЦП, выполнив некоторый набор последовательных шагов.
Самый известный блокчейн, использующий доказательство истории, Solana, считается самым быстрым из существующих: время блока составляет 400 миллисекунд.| Преимущества | Недостатки |
| Быстро и безопасно; | Аппаратное обеспечение, подходящее для запуска такого передового программного обеспечения, лишает обычного пользователя возможности выполнять функции валидатора в сети; |
| Низкие транзакционные издержки или плата за газ; | Этот метод проверки возможен только в качестве дополнения к другому протоколу, например, DPoS. |
| Уникальный механизм, который включает хронологическую запись для точного определения времени каждой транзакции, что повышает их прозрачность. |
Доказательство прошедшего времени (PoET)
Предотвращает высокое использование ресурсов и потребление энергии за счет использования концепции временной лотереи или случайного таймера, который независимо распределяет время ожидания между майнерами. Во время ожидания узлы находятся в режиме сна, и узел с наименьшим выделенным временем ожидания может первым добавить новый блок. После этого сетевые валидаторы проверяют результаты.
Примером использования PoET является проект Hyperledger Sawtooth.
| Преимущества | Недостатки |
| Не требует большого потребления электроэнергии, узлы могут перейти в режим сна и переключиться на другие задачи на указанное время, обеспечивая экономию времени и энергии; | Применим только к закрытым и разрешенным сетям; |
| Высокая скорость транзакций в секунду; | Необходимо специализированное оборудование для включения алгоритма консенсуса, в результате алгоритм не может использоваться многими пользователями; |
| Процесс выбора валидаторов обеспечивает безопасность сети от кибератак. | Сильно зависит от инструментов технологии Intel, что может вызвать проблемы совместимости с другими инструментами. |
Доказательство сжигания (PoB)
Майнеры выбираются на основе сжигания или отправки на нерасходуемый счет собственных монет. Этот процесс навсегда выводит монеты из обращения. Чем больше майнер сожжет монет, тем выше его шансы быть выбранным для добавления новых блоков в блокчейн.
PoB используется в криптовалютах: Counterparty, Slimcoin, Factom.
| Преимущества | Недостатки |
| Не нужно оборудование для майнинга; | Может привести к дефляционному предложению монет; |
| Справедливое распределение монет, поскольку добавлять блоки могут только те, кто предан сети; | Риск централизации, поскольку более крупные инвесторы могут сжигать больше монет, что даст им больше власти над сетью. |
| Энергопотребление ниже чем у PoW. |
Заключение
Механизм консенсуса — это заранее определенный конкретный криптографический метод проверки, который обеспечивает правильную последовательность транзакций в блокчейне. Эти алгоритмы обеспечивают безопасность и надежность сети, поддерживая целостность блокчейна и обеспечение того, чтобы все узлы сети согласовали ее состояние.
Каждый механизм консенсуса имеет свои сильные и слабые стороны, и лучший подход зависит от уникальных требований проекта или криптовалюты.
13.06.2023
