Алгоритмы консенсуса криптовалют Proof of Work (PoW), Proof of Stake (PoS) и другие
Автор Редакция Profinvestment Эксперт Сергей Воробей Обновлено Мар 27, 2023 2 008
Алгоритм консенсуса криптовалюты – это метод достижения соглашения в блокчейн-сети. Соглашение (консенсус) – основа всей работы цепи. Механизмы согласования используются для обеспечения надежности любой сети, включающей в себя несколько узлов. Именно это делает блокчейн-сети настолько децентрализованными и безопасными.
По сути, алгоритмы консенсуса выполняют две функции: предохраняют сеть от мощной хакерской атаки, способной повредить ее, и гарантируют истинность нового блока в цепи. Взамен этой пользы многие алгоритмы забирают много вычислительной энергии, однако они совершенно необходимы для полноценной работы блокчейн-технологий.
На сегодняшний день существует много типов механизмов согласования. Редакция Profinvestment.com рассмотрит основные разновидности консенсуса криптовалют, а затем – более редкие.
Механизмы консенсуса основных популярных криптовалют:
| Блокчейн | Монета | Алгоритм консенсуса | Алгоритм хэширования | Рыночная капитализация на 27/03/23 |
|---|---|---|---|---|
| Bitcoin | BTC | Proof-of-Work | SHA-256 | 538 481 003 482 $ |
| Ethereum | ETH | Proof-of-Stake (с сентября 2022) | — | 211 655 945 495 $ |
| BNB Chain | BNB | Proof-of-Stake | — | 51 720 846 188 $ |
| Cardano | ADA | Proof-of-Stake | — | 12 284 991 014 $ |
| Solana | SOL | Proof-of-Stake | — | 7 861 223 547 $ |
| Polkadot | DOT | Proof-of-Stake | — | 7 268 045 196 $ |
| Litecoin | LTC | Proof-of-Work | Scrypt | 6 714 630 349 $ |
| Avalanche | AVAX | Proof-of-Stake | — | 5 451 900 184 $ |
| Ethereum Classic | ETC | Proof-of-Work | Etchash | 2 804 523 796 $ |
| Algorand | ALGO | Proof-of-Stake | — | 1 470 827 437 $ |
| Fantom | FTM | Proof-of-Stake | — | 1 204 657 622 $ |
Что такое алгоритм консенсуса и зачем он нужен. Задача византийских генералов.
Механизм согласования играет важнейшую роль. Отдельные части одноранговой системы, такой как публичный блокчейн, обязательно должны «договариваться» друг с другом о том, как выглядит история цепи до настоящего момента, и о том, каким образом продвигаться вперед – ведь нет центрального органа, который бы контролировал эти аспекты.
Всегда присутствует риск случайной или намеренной дезинформации либо недопонимания между участниками сети. В публичном блокчейне достаточное количество пользователей должно признать правильность истории транзакций до определенного момента. Однако нельзя гарантировать, что все будут честны – есть злоумышленники, которые хотят регистрировать мошеннические транзакции или запрещать подлинные.
Решение этой проблемы должно быть автономным. Никто не может в одностороннем порядке объявлять транзакцию правильной или неправильной, это противоречило бы всем принципам децентрализации. Термин «Проблема византийских генералов» появился в 1982 году и сразу был признан лучшим способом объяснить сложности достижения децентрализации, чтобы людям было легче понять проблему. Его суть:
- Представим военную операцию в Византии 1000 лет назад.
- Есть несколько генералов, армии которых окружили город. Каждая армия находится в своем отдельном лагере.
- Генералы могут связываться друг с другом при помощи гонцов.
- Генералам важно действовать согласованно, чтобы одновременно напасть на город или, наоборот, отступить. Если хотя бы одна армия будет действовать невпопад, то всё войско будет уничтожено.
И здесь возникает сложность. Можно посылать гонцов на лошадях, но их могут схватить и убить. Кроме того, нужно всегда присылать подтверждение о том, что послание получено, но и в этом случае гонца тоже могут убить. Возникает три вида трудностей:
- Что делать, если гонцов постоянно перехватывают или подменяют послания, чтобы генералы запутались?
- Как генерал может понять, что он получил подлинное сообщение?
- Что произойдет, если один или сразу несколько генералов переметнутся на сторону врага и станут намеренно отправлять неверную информацию?
В изобретенной Сатоши Накамото системе Bitcoin все эти проблемы удалось решить. Распределенные системы обладают так называемой «византийской отказоустойчивостью», то есть в их протокол встроена система BFT. Механизм согласования каждые 10 минут производит новые блоки и вознаграждает узел, сформировавший следующий блок. Все остальные узлы сети Биткоин могут убедиться в правильности создания блока и тем самым достичь соглашения о том, стоит ли помещать его в цепочку, обуславливающую работу системы.
Ключевые алгоритмы консенсуса в криптовалютных блокчейн сетях
Рассмотрим используемые на текущий момент в блокчейн-сфере механизмы консенсуса.
Обзор алгоритма Proof of Work (PoW, доказательство выполнения работы)
Proof of Work – информация, которую трудно, долго или дорого произвести, но при этом легко проверить на соответствие заданным требованиям. Получение Proof of Work обычно является рандомной процедурой с крайне маленьким шансом успеха, то есть для достижения цели требуется совершить очень много попыток и ошибочных действий. Такую схему работы использует Биткоин.
Чтобы блок был подтвержден пользователями системы, майнеры должны добиться доказательства выполнения работы, которое охватывало бы все содержащиеся в блоке платежи. Сложность процесса строго отрегулирована: сеть блокчейн может генерировать один блок в среднем в десятиминутный период. Шанс правильной генерации крайне низок, поэтому невозможно предсказать, какое устройство в сети создаст его.
Чтобы блок был признан за действительный, его хэш-сумма должна быть меньше заданной. В каждом новом блоке содержатся сведения о хэше предшествующего. Невозможно изменить блок, помещенный в блокчейн, поскольку для этого пришло бы изменить и все блоки, которые шли следом за ним.
Наиболее распространена схема Proof of Work под названием SHA-256, но кроме нее есть еще следующие виды:
- Scrypt;
- Scrypt-jane;
- Scrypt-n;
- Blake256;
- Crypto Night;
- SHA3;
- Quark;
- HEFTY1.
Периодически появляются и новые вариации, которые в чем-то усовершенствованы по сравнению с классическими. Но принцип всегда остается одним и тем же.
Преимущества и недостатки PoW
Главное преимущество алгоритма консенсуса Proof of Work – эффективная защита от DDoS-атак и влияния майнеров с низкой мощностью оборудования. PoW накладывает определенные ограничения на разрешенные пользователям действия, так как выполнение задачи требует сильный вычислительных мощностей. Чтобы совершить атаку на сеть, нужно огромное количество мощности, что в большинстве случаев будет просто экономически невыгодно. Также держатели крупных капиталов не могут оказывать влияние на сеть, имеет значение только суммарная мощность используемого оборудования.
Основные минусы – внушительные экономические затраты на майнинг и множество «бесполезных» расчетов. На текущий момент сложность добычи Биткоина настолько высока, что действительно ощутимо заработать на майнинге могут только крупные корпорации, имеющие возможность вложить огромное количество средств в оборудование. В результате система постепенно становится более централизованной.
Печально и то, что масса бесполезных расчетов, производимых майнерами, нигде не используется – результаты не могут быть применены ни в науке, ни в бизнесе. Экология страдает от потребления тысяч киловатт электричества.
В каких криптовалютах используется алгоритм консенсуса PoW
На сегодняшний день следующие криптовалюты используют Proof of Work в своей работе (в скобках указана конкретная модификация алгоритма):
- Bitcoin (SHA256)
- Litecoin (Scrypt)
- Bitcoin Cash (SHA256)
- Bitcoin SV (SHA256)
- Monero (Crypto Night)
- Ethereum Classic (Ethash)
И множество других менее популярных валют.
Обзор алгоритма Proof of Stake (PoS, доказательство доли владения)
Доказательство доли владения (Proof of Stake) – механизм согласования для публичного блокчейна, где вероятность успеха связана с экономической значимостью узла в сети. В блокчейнах, работающих на основе PoS пул валидаторов по очереди голосует за дальнейший блок, и важность голоса каждого валидатора зависит от суммарного объема его капитала (так называемой доли).
Общий принцип действия Proof of Stake выглядит так: валидатором в сети может стать любой, имеющий накопления в виде монет сети. Для этого владелец узла должен перевести желаемую часть своих средств в депозит при помощи специальной транзакции. Дальнейший путь может быть одним из двух:
- В «цепном» Proof of Stake система рандомно определяет валидатора по окончании каждого временного интервала (например, 10 секунд) и дает этому валидатору право сформировать блок. Этот блок должен содержать в себе указания на предыдущий, таким образом постепенно выстраивается взаимосвязанная цепь.
- В Proof of Stake на основе BFT валидаторам произвольным образом выдается право предлагать на проверку блоки, но решение о том, какой блок истинный, представляет собой многоэтапный процесс. Каждый узел отправляет «голос» за определенный блок во время каждого этапа голосования, после чего все постепенно соглашаются с истинностью того или иного блока.
Преимущества и недостатки PoS
Два основных плюса алгоритма – отсутствие затрат электроэнергии и высокий уровень безопасности.
В Proof of Stake не нужно мощное оборудование, содержать которое экономически неразумно и которое наносит вред экологии. Благодаря этому также увеличивается коэффициент децентрализации, поскольку крупным игрокам сложнее получить контроль над сетью. Чтобы завладеть цепью, злоумышленнику потребовалось бы купить 51% всех токенов на рынке. Криптовалюты с малой капитализацией действительно подвержены этому риску, но с топовыми такое невозможно.
Что касается недостатков, то с точки зрения дохода PoS сейчас менее выгоден, чем PoW. Кроме того, продавая монеты, добытые путем доказательства работы, человек продает только их. А продавая монеты, добытые через доказательство доли, продает своего «майнера», то есть теряет возможность заработать еще больше.
В каких криптовалютах используется механизм PoS
Примеры популярных валют, работающих на алгоритме Proof of Stake:
Обзор алгоритмов Leased Proof of Stake и Delegated Proof of Stake
Leased Proof of Stake, или LPoS – механизм согласования, базирующийся на Proof of Stake, но несколько усовершенствованный. Если в обычной версии узел удерживает у себя некоторый объем денежных средств, чтобы получить возможность закрыть дальнейший блок в цепочке, то в LPoS пользователь может сдать свои средства в аренду фулл-нодам (главным узлам).
В результате формируется кошелек лизинга, и майнеры, пользующиеся им для генерации блоков, выплачивают проценты настоящему владельцу средств. Каждый пользователь в сети может выбирать, кем ему стать – просто сдать средства в аренду и получать проценты, или же стать фулл-нодой (это делается за отдельную плату, довольно ощутимую).
Способ используется, например, в криптовалюте Waves.
Другой вариант называется Delegated Proof of Stake, или dPoS, и представляет собой процесс голосования через избранных делегатов. Этому предшествует выбор производителей блоков; всё множество участников сети делится на валидирующих и голосующих. В итоге держатели монет, имеющие право голоса, не могут подтверждать транзакции. Но они имеют право выбрать некоторое количество участников, которое будет заниматься формированием блоков.
Обязательное условие для желающих стать валидаторами – раскрытие своей личности и подтверждение готовности постоянно быть онлайн, поддерживать нормальное функционирование узла, бесперебойно подтверждать транзакции. Те же, кто за эти узлы голосовал, получает в награду процент от вознаграждения за блок.
Вариант применяется в работе криптовалюты BitShares.
Другие алгоритмы
Несколько редких, но интересных по своей сути, механизмов согласования.
Proof of Importance (PoI)
Доказательство важности – алгоритм, впервые представленный в рамках криптовалюты NEM. Используется для определения того, какие участники имеют право добавлять новые блоки в цепь; этот процесс называется харвестингом (проведена аналогия со «сбором урожая», harvesting по-английски). В обмен на закрытие блока узел может собрать процент с комиссий за транзакции, заключенные в этом блоке. Чтобы получить право на харвестинг, нужно иметь минимум 10 000 монет XEM.
Proof of Burn (PoB)
Концепция этого метода состоит в том, что майнеры должны доказать сжигание монет. Сжигание – это отправка средств на определенный нерасходуемый адрес. Такой способ применяется в системе Slimcoin. Сеть позволяет владельцам фулл-ноды зарабатывать монеты, отыскивая доказательство сожжения, которое определяется по количеству присланных на нужный проверяемый адрес денег.
Proof of Capacity (POC)
Proof of Capacity – механизм согласования, позволяющий совершать вычисления с помощью использования ресурсов жесткого диска, а не видеокарт, ASIC-майнеров или процессоров. Метод появился как альтернативное решение проблемы высокого потребления энергии в PoW. POC дает возможность использовать незанятое пространство жесткого диска для майнинга криптовалют. Чем объемнее жесткий диск, тем больше возможных значений решения можно на нем хранить, и тем больше шансов получить вознаграждение за нахождение блока.
Примеры валюты, которую можно так добывать – SiaCoin.
Proof of Authority (PoA)
В сетях на базе PoA блоки и транзакции проверяются утвержденными учетными записями, носящими название валидаторов. Валидаторы поддерживают на своих устройствах программное обеспечение, автоматически проверяющее транзакции и помещающее их в блоки. Стать валидатором может узел с высокой надежностью и хорошей репутацией.
Способ успешно применен в сети VeChain.
Proof of Brain
Proof of Brain описано в Bluepaper криптовалюты Steem и имеет два основных свойства:
- пул токенов, предназначенных для стимулирования создания данных и осуществления их кураторства;
- система голосования, использующая силу толпы для определения ценности контента и распространения монет.
Эти два свойства позволяют блокчейну распределять большую часть вознаграждений путем применения человеческого мнения, а не автоматическими процессами.
Byzantine Fault Tolerance (BFT)
Такое обозначение дает понять, что в сети используется система решения подробно описанной выше Задачи византийских генералов. Самый яркий пример использования такой технологии – Биткоин. Хотя сейчас он кажется медленным и неэффективным, но зато среди всех существующих криптовалют он самый честный и надежный, о чем не устают повторять Биткоин-евангелисты.
Proof of Elapsed Time (PoET)
Стратегия этого алгоритма консенсуса выглядит так: каждый пользователь блокчейн-сети ожидает некоторое количество времени, определяемое случайным образом; первый пользователь, закончивший ожидание, закрывает блок и получает вознаграждение. Proof of Elapsed Time разработала компания Intel, механизм работает на специальном наборе инструкций для процессора Software Guard Extensions (SGX). Основное предназначение алгоритма – запуск доверенных приложений в безопасной среде.
Proof of Activity (POA)
PoA подразумевает гибридный процесс генерации блоков, сочетающий в себе принципы PoS и PoW. Сначала майнеры осуществляют свою работу, затем в дело вступают холдеры (держатели монет). Проект пока чисто теоретический и не используется в криптовалютах.
Proof of Weight (PoWeight)
Доказательство «веса» — механизм консенсуса, применяемый в модели Algorand от исследователей Массачусетского института. Позволяет проводить очень быстрые транзакции с применением BFT и успешно масштабироваться под большое число пользователей. Каждому участнику сети присваивается определенный «вес», определяющий его честность и уровень вклада пользователя в развитие сети.
Теперь вы знаете о том, какие алгоритмы способны тем или иным способом поддерживать работоспособность блокчейн-сетей. Все они имеют свои преимущества и недостатки, но направлены на одну цель – обеспечение максимальной безопасности и децентрализации.
Алгоритм консенсуса
Proof-of-Work (PoW)
Proof-of-Stake (PoS)
Это доминирующий алгоритм среди крупнейших криптовалют. Его используют Bitcoin, Ethereum, Litecoin, Dogecoin, Bitcoin Cash и Monero [1] .
Как он работает:
Оборудование майнера решает криптографическую задачу, которую перед ним ставит блокчейн. В частности, так появляются новые блоки в цепи: железо должно «разгадать» задачу, чтобы иметь возможность создать следующий блок.
Разгадывание — это простейший перебор миллионов комбинаций кода, требующий однако огромных вычислительных мощностей и создающих доказательство `работы`. Доказательством `работы` же служит уникальное значение (хэш).
Как только майнер его находит, он отправляет хэш другим компьютерам сети на проверку. Другие участники могут верифицировать хэш на соответствие поставленной задаче, но не использовать его для создания блока. Ключ разгадки хэша принадлежит майнеру, что его создал
Особенность хэша в его асимметрии — он достаточно сложен для нахождения майнеру, но прост для проверки остальным участникам сети на соответствие. При этом каждый хэш несет в себе информацию предыдущих блоков сети. Тем самым образуется подтверждение, что все действия были произведены в рамках одного блокчейна.
Давайте визуализируем:
Допустим, вы знаете номер выигрышного билета в лотерее: 351. Было бы неплохо подойти к кассе и попросить билет с этими номерами. Но вы не можете, поскольку билеты выдаются случайным образом. Все, что вы можете сделать — заплатить за билет и надеяться, что получите счастливое число: 351. Если нет — не повезло. Купите другой билет и попробуйте снова.
Хорошая новость заключается в том, что вы можете пробовать столько раз, сколько хотите. Плохая новость заключается в том, что вам придется платить за каждый новый билет.
В лотерее каждый игрок надеется, что он получит выигрышный номер раньше других. Аналогично, каждый майнер надеется, что он сможет создать `выигрышный` хэш раньше других майнеров.
Если майнер нашёл правильный «ответ» первым — он получает вознаграждение в виде криптовалюты блокчейна.
Какие у PoW минусы:
- Первый недостаток — вред экологии. Майнинг поглощает чудовищное количество электроэнергии. Компьютеры быстро изнашиваются, на замену им приходят новые, а старые выбрасываются — так возникают целые свалки деталей.
- Второй недостаток — защита. Proof of Work обеспечивает достаточный уровень безопасности только при наличии большой группы майнеров, конкурирующих за вознаграждение за блок. Если сеть небольшая, остается возможность того, что хакер может получить простое большинство вычислительной мощности и реорганизовать блоки по своему усмотрению. Это также называется атакой 51%.
Альтернативный алгоритм консенсуса PoS (Proof-of-Stake)
Он лишён этих двух минусов, и выглядит более справедливой моделью.
Работоспособность PoS-блокчейна поддерживают валидаторы — владельцы криптовалюты. Они проверяют транзакции пользователей, и если не менее 2/3 валидаторов согласны, что транзакция верна — она включается в новый блок блокчейна.
Валидаторы занимаются только полезной работой (проверкой), а не перебором чисел, поэтому у них нет гонки за производительность, как у майнеров.
Тем не менее, чтобы сеть работала хорошо и быстро, валидаторы должны запускать софт на весьма мощном железе, с постоянным подключением к сети 24/7 и широким интернет-каналом. На ноутбуке не получится.
Как всё работает:
Валидатор дает сети в залог свои монеты, чтобы участвовать в процессе валидации. Ему не нужно `майнить` блоки. Ему лишь нужно создавать блоки и проверять блоки других валидаторов.
С каждой операции валидатор получает вознаграждение. Если будет обнаружено, что он обманул сеть — его накажут и отберут часть залога.
У крупных держателей валюты есть преимущество:
При большом количестве транзакций валидаторов с большИм залогом сеть «назначает» на проверку большего количества блоков. А награда распределяется пропорционально количеству завалидированных блоков.
Но механизм устроен так, чтобы пользователи с кошельком поменьше тоже участвовали в валидации и распределении награды.
Главное преимущество PoS — это скорость.
Многие PoW-блокчейны (например, Биткоин) никогда не смогут обрабатывать транзакции так же быстро, как PoS-блокчейны. А скорость — это ключевой фактор для сети, которая хочет стать интернетом будущего.
Смотрите также Блокчейн
Основная статья:
- Блокчейн (Blockchain)
- Проблемы блокчейна
Блокчейн в России
- Блокчейн в России
- Политика государства по развитию блокчейна в России
- Сквозные технологии цифровой экономики
- Блокчейн в Москве
- Блокчейн в ЦБ России
- МастерчейнЦБ РФ
- Блокчейн в Сбербанке
- Обзор: Блокчейн 2018
Блокчейн в отраслях
- Криптовалюты
- Блокчейн в IoT
- Смарт-контракты
- Блокчейн в банках
- Блокчейн в образовании
- Блокчейн в судах
- Блокчейн в страховании
- Блокчейн в банках России
- Блокчейн в медицине
- Блокчейн в сфере недвижимости
- Блокчейн в строительстве
- Блокчейн в нефтяной отрасли
- Блокчейн в энергетике
- Блокчейн в искусстве
- Блокчейн в оборонной сфере
- Блокчейн в транспортной отрасли
Блокчейн в странах мира
- Инвестиции в блокчейн
- Блокчейн (мировой рынок)
- Блокчейн (рынок Европы)
- Блокчейн в Китае
- Блокчейн на Мальте
- Brazilian Blockchain Network (RBB)
- ICO (Initial Сoin Offering)
- Как оценить ICO
- Краудинвестинг
- NFT (криптографические токены)
- IPChain Сеть транзакций прав и объектов интеллектуальной собственности
- Консорциум R3— R3 управляет консорциумом из более чем 60 крупнейших в мире финансовых институтов для разработки прорывных коммерческих приложений для индустрии финансовых услуг, которые используют соответствующие элементы распределенных и общих реестровых технологий.
- Digital Trade Chain (DTC)
- Эмеркоин Блокчейн-консорциум (Emercoin Consortium)
- Блокчейн–фонд
Инструменты
- Алгоритм консенсуса Proof-of-Work (PoW) и Proof-of-Stake (PoS)
- Hyperledger (Open Ledger Project)
- Hyperledger Iroha
Proof-of-work — лучший выбор консенсуса для Bitcoin
Какой консенсус лучше для блокчейна, proof-of-work или proof-of-stake? Многие спорят об этом и приводят разные аргументы. В этой статье я рассмотрю основные преимущества и недостатки каждого варианта.
Это перевод поста из блога Bitcoin, дополненный комментариями наших экспертов. Эти комментарии выделены курсивом.
Что такое proof-of-work?
Proof-of-work (PoW) — децентрализованный алгоритм консенсуса, впервые представленный Bitcoin (BTC). На примере этой сети мы объясним, как работает консенсус.
Сеть Bitcoin требует, чтобы ее участники вкладывали в нее вычислительные мощности (например, GPU) для решения математических задач, сгенерированных произвольным образом. Это требуется для защиты сети от единоличного контроля и манипуляций.
Каждая транзакция в сети валидируется перед добавлением в блокчейн. Затем каждый блок валидируется майнерами, получающими вознаграждение в токенах BTC за вложенные вычислительные мощности. Поэтому консенсус и называется proof-of-work — «доказательство выполнения работы».
Этот алгоритм уже проверен временем, с его помощью в сети Bitcoin успешно про валидированы миллиарды транзакций. Поддерживая достоверность и надежность, proof-of-work доказал свою ценность как самый защищенный и децентрализованный алгоритм консенсуса.
Что такое proof-of-stake?
Алгоритм консенсуса proof-of-stake (PoS) используется блокчейн-сетями как альтернатива алгоритму PoW. В этом алгоритме владельцы криптовалюты лидируют транзакции блоков исходя из принадлежащего им числа монет (токенов). Поэтому консенсус называется proof-of-stake — «доказательство доли владения».
Валидаторы здесь выбираются случайным образом. Чтобы иметь возможность стать валидатором, нужно иметь на своем балансе определенное количество токенов, с которыми работает блокчейн-сеть.
Существует много разновидностей алгоритма PoS, например, delegated-proof-of-stake (PoS — «делегированное доказательство доли владения»). Все эти варианты применяются в различных блокчейн-сетях, но в основном работают по схожему принципу.
Когда в сети появляется готовый к обработке блок транзакций, протокол криптовалюты выбирает участника сети для валидации этого блока. Валидатор проверяет точность транзакций в блоке, и после этой проверки блок добавляется в блокчейн. За это валидатор получает вознаграждение в виде токенов сети.
Если же валидатор одобрит блок с неточными данными, он будет оштрафован на некоторое количество токенов сети. Такая ситуация возможна, поскольку в PoS не используется решение криптографических задач с помощью вычислительных мощностей, как в PoW.
В блокчейне Waves Enterprise может быть использована одна из разновидностей PoS — Leased-Proof-of Stake (LPoS). Этот консенсус сохраняет все преимущества PoS, а также мотивирует миноритарных владельцев токенов. Они могут безопасно сдавать свои токены в лизинг другим участникам сети, чтобы увеличить вероятность выбора их в качестве валидатора. При этом токены не покидают счетов арендодателей, и они получают часть комиссии за транзакции в блоке, провалидированном с их участием.
Какой механизм консенсуса лучше и почему?
И PoW, и PoS созданы, чтобы помогать нодам проверять все транзакции сети. Как только все ноды подтверждают валидность блока транзакций, он добавляется в блокчейн. Каждый алгоритм предлагает для этого свою последовательность действий.
В целом, proof-of-work намного лучше подходит для валидации транзакций, чем proof-of-stake, но здесь возникает вопрос затрат. Далее я расскажу, почему это так, и оценю связанные затраты.
Безопасность и подлинность данных
PoW превосходит PoS с точки зрения безопасности и сохранения подлинности данных. Это связано с тем, что в PoW данные связаны с обоснованным выбором ролей в сети. При проверке каждой отдельно взятой транзакции это обеспечивает защиту от обмана системы. Так реализуется модель нулевого доверия, где 100% транзакций верифицированы и записаны участниками сети в публичный реестр.
В этом абзаце уловить мысль автора непросто. Возможно, он имеет в виду, что в PoS токены могут иметь непрозрачное распределение, что делает этот консенсус менее прозрачным, чем PoW, где все просто упирается в реальные деньги, которые вложены в покупку железа.
Кроме того, высокая степень защиты PoW обусловлена тем, что сеть со временем становится все сложнее, и шанс ее взлома снижается. В конце концов, сеть становится невозможно взломать. Она мониторится участниками, которые материально заинтересованы в ее работе, поскольку вкладывают в нее свои вычислительные ресурсы. Это делает потенциальный взлом чрезвычайно дорогим.
PoS более уязвим для взлома и атак. Теоретически, если участник сети или группа участников получат контроль над 51% ее токенов, они смогут контролировать и изменять весь блокчейн. Эта атака известна как «атака 51%».
Хотя атака 51% при алгоритме PoW выглядит как нечто из области фантастики, объединение крупнейших пулов биткоин-майнеров могло бы дать им необходимое большинство.
Владение сетью
Модель PoW требует значительных затрат на майнинг, что позволяет при ее использовании обеспечить более децентрализованную структуру. Биткоин здесь — отличный пример. Сеть биткоина полностью децентрализована. Ни один человек, организация или страна не контролируют её. Сетью владеют и управляют тысячи нод по всему миру, образуя децентрализованную и защищенную систему.
Децентрализованность биткоина преувеличена. Большая часть мощностей сети сосредоточена в нескольких гигантских пулах. С другой стороны, такие пулы меньше всего заинтересованы в том, чтобы скомпрометировать сеть, ведь они вкладываются в неё больше всего.
Инфраструктура на основе PoS более централизована. Участники сети, имеющие больше токенов (или средств на их покупку), получают все больший контроль над сетью с каждым новым полученным токеном.
Это опасно, так как группа участников, получившая 51% токенов, может изменить блокчейн для получения личной выгоды. Разве подобные системы уже не создавали проблем? Откройте глаза — мы живем в подобной системе довольно давно и смотрите, куда это нас привело.
Число известных форков биткоина действительно гораздо ниже, но к концу этого пункта автор, видимо, уже выходит за предмет обсуждения.
Распределение вознаграждений и равенство участников
Согласно модели PoW, майнеры получают дивиденды за решение сложных математических задач — награду за блок и иногда комиссии за транзакции. Это стимулирует участников верным образом, поскольку ноды соревнуются за решение задачи для получения награды.
Получить награду становится все сложнее, поскольку решение каждой следующей задачи требует все больше вычислительной мощности. Это делает сеть более защищенной, а потенциальные атаки на нее — более затратными.
Ценность криптовалюты растет, соответственно, растет и награда участникам сети. Каждый майнер имеет равные шансы получить награду, что обеспечивает безопасность и устойчивость сети. Алгоритм стимулирует правильное поведение и предотвращает форки — альтернативные цепочки, которые могут возникнуть при обновлении протокола.
В модели PoS участники стремятся получить вознаграждение, только чтобы увеличить свой баланс и в будущем иметь еще большие шансы на вознаграждение. Это ведет к централизации сети, когда участники с бо́льшим балансом получают больший контроль над блокчейном. В блокчейнах, которые не мониторятся, это ведет к росту угроз безопасности и уязвимости даже для сравнительно недорогих атак.
Этот довод справедлив и для PoW, где майнеры точно так же вкладывают деньги в увеличение мощностей своего майнинг-пула и тем самым делают всю сеть более централизованной.
Проверка временем
Алгоритм PoW прошел проверку временем, и сеть Bitcoin — наглядное тому доказательство. За 13 лет эта сеть ни разу не была взломана и скомпрометирована. Это самая мощная сеть в мире, сохранившая подлинность данных, надежность и безопасность.
С другой стороны, модели PoS появились позднее и все еще находятся на ранних этапах развития как с технической точки зрения, так и в процессе принятия рынком. Многие сомневаются в моделях консенсуса на основе PoS, поскольку многие из них пока не успели полностью протестировать.
Энергопотребление
Избыточное энергопотребление сетей на консенсусе PoW обсуждают широко. Это негативно влияет на окружающую среду и приводит к дополнительным тратам. Да, это действительно так: сети на основе PoW потребляют гораздо больше энергии, чем на PoS. Это связано с тем, что сеть становится сложнее и требует все больше вычислительных мощностей для решения все более сложных математических задач. Такова цена функционирования хорошо защищенной сети.
Любая финансовая система, которая ставит безопасность во главу угла, потребляет много энергии. Фиатные валюты, к примеру, потребляют гораздо больше энергии, чем системы на основе консенсуса PoW. Привычная экономика опирается на бумажные деньги, их производство требует ресурсы и вносит большой вклад в загрязнение окружающей среды. Если вы посчитаете, сколько энергии потребляют банки, их офисы, хранилища, транспорт и другие элементы инфраструктуры, традиционная банковская система становится куда менее экологичной по сравнению с сетью Bitcoin.
Сеть, основанная на консенсусе PoW, не требует никаких физических ресурсов — лишь вычислительные мощности для поддержания блокчейна. Таким образом, хоть Bitcoin и потребляет много энергии, он гораздо более экологичен по сравнению с традиционными фиатными валютами. Это шаг вперед. Переезд финансовых систем в сеть Bitcoin не только сделает их более эффективными и защищенными, но и позволит эффективнее бороться с глобальным потеплением.
Автор лукавит, пытаясь так просто исключить вопрос вычислительных мощностей. Биткоин, конечно, не требует печати и перевозки бумажных денег, но бесперебойная масштабная цифровая инфраструктура ему необходима. И каждому пользователю такой финансовой системы потребуется свое устройство для переводов, хотя бы смартфон. Производство такого количества техники вполне может оказать сопоставимый вред окружающей среде. Здесь можно провести параллели со сравнением автомобилей на электродвигателях и ДВС. Консенсус PoS, не привязанный к вычислительным мощностям, здесь однозначно выглядит привлекательней.
Как я писал выше, PoW — это отличная система, сама по себе поощряющая инновации в том числе и в сфере энергетики. За последние несколько лет энергопотребление сети было значительно оптимизировано за счет возобновляемой энергии, а также энергии, которая в противном случае все равно была бы потрачена зря.
Согласно отчету Global Bitcoin Mining Data, в первом полугодии 2021 года для майнинга биткоина использовались преимущественно возобновляемые источники энергии. Фактически сеть Bitcoin потребляет только 0.122% мировой энергии. В третьем квартале эффективность майнинга выросла на 23%, а доля возобновляемых источников энергии — на 3%.
За последние семь лет эффективность майнинга в сети Bitcoin выросла в 7 раз, то есть на 4237%. Согласно отчету, в Bitcoin Mining Council ожидают, что в ближайшие четыре года эффективность майнинга вырастет в три раза, а потом еще в два раза за тот же период. Получается, что сеть Bitcoin не только более энергоэффективна, чем все банковские системы сегодня — ее превосходство только увеличится в ближайшие восемь лет.
Награды за майнинг биткоина высоки, что стимулирует майнеров искать альтернативные источники энергии. В свою очередь, это поощряет развитие возобновляемых источников. Поскольку наибольшие затраты в сети Bitcoin идут на электричество, майнеры постоянно ищут самые дешевые и чистые источники энергии, чтобы максимально увеличить прибыль.
Фактически майнинг биткоина можно признать самой «зеленой» индустрией в мире. Большинство майнинговых ферм сосредоточено в районах с доступной возобновляемой энергией. Такие источники становятся все более популярны, поскольку они чище и дешевле традиционных. Многие эксперты верят в перспективы возобновляемых источников энергии и в то, что они, в конце концов, сместят источники традиционные. Майнинг биткоина — локомотив этих изменений. Энергопотребление сети здесь — лишь небольшая цена за те экономические и социальные преимущества, которые дает система. Bitcoin здесь оправдывает все затраты.
Огромное энергопотребление — это действительно недостаток PoW, неудивительно, что ему посвящен самый большой подраздел. Возможно, благодаря описанным автором перспективам этот недостаток будет постепенно сходить на нет.
Заключение
Если вы сопоставите преимущества и затраты сетей на основе консенсуса PoW, то поймете, что первая чаша весов явно перевешивает. PoW — отличный алгоритм, честный, защищенный и обеспечивающий правильное для развития сети стимулирование. За последние несколько лет энергопотребление Bitcoin значительно снизилось, растет доля возобновляемой энергии и энергии, которая в противном случае была бы утеряна зря.
Сеть биткоина, основанная на консенсусе PoW, прошла проверку временем уже в течение 13 лет. Это исчерпывающее доказательство того, насколько эффективна эта модель. Сеть, основанная на равенстве, безопасности, децентрализации и консенсусе PoW, обречена на успех.
Мнение автора статьи, естественно, может не совпадать с нашим мнением. Специфика Waves Enterprise такова, что наш подход к выбору консенсуса сильно отличается. Сейчас мы готовим пост о том, как сами выбирали консенсус для сети (их, кстати, у нас несколько) — и в итоге пришли к разработке своего варианта на основе CFT.
12 консенсус-протоколов для распределенных систем
В Intellectsoft Blockchain Lab мы работаем с клиентами из большого количества индустрий, будь то финансовый сектор или ритейл, а также с компаниями, которые находятся на разном уровне развития — от стартапа до международной корпорации. Все они работают в достаточно разных окружениях и доменах. Это обуславливает использование многообразных подходов и технологий в процессе разработки. В этой статье я рассмотрю базовые, самые популярные консенсус-протоколы, которые подходят различным окружениям и условиям. Блокчейны и «неблокчейны», а также примеры реализации.
Основой технологии распределенного реестра (Distributed Ledger Technology, или DLT) является протокол консенсуса. Интересно, что уже на протяжении десятилетий математики и инженеры разрабатывают распределенные сети и протоколы консенсуса, но только с появлением проекта биткоина эта технология сделала значительный рывок вперед. Этот шаг сделал возможным создание приложений абсолютно нового типа. Давайте рассмотрим варианты самых популярных консенсус-алгоритмов на сегодня.
Виды консенсус-алгоритмов
Что такое консенсус? Если давать широкое определение, консенсус является соглашением, которое удовлетворяет каждую из вовлеченных сторон. Это ключ к демократии и децентрализации в целом, а также технологии распределенного реестра в частности. Посмотрите на биткоин: несмотря на то, что Сатоши Накамото — его таинственный основатель, у него нет власти над сообществом. Биткоин, как и блокчейн, полностью прозрачен и открыт, а каждый узел (node) равноправен в этой сети.
В том узком смысле, который мы применяем для криптографии, консенсус является процедурой принятия решения. Его цель — обеспечить то, чтобы все участники сети согласовали свое текущее состояние после добавления новой информации, блока данных или пакета транзакций. Другими словами, консенсус-протокол гарантирует, что цепь верна, и дает стимулы для того, чтобы оставаться честными участниками. Это важная структура для предотвращения ситуации, когда кто-то один контролирует всю систему, и она гарантирует то, что все соблюдают правила сети.
Краткий обзор
Протокол — это набор правил.
Протоколы помогают:
- обеспечить жизнеспособность транзакций в сети;
- устранить возможность двойной траты;
- удостовериться, что участники не жульничают.
Протокол — это сумма:
- детерминированных логических правил;
- криптографии и шифрования как основы безопасности;
- социального поощрения, чтобы поддерживать сеть протокола.
Давайте рассмотрим некоторые из этих протоколов.
Протоколы «доказательства работы»
1. Proof-of-Work (PoW — Доказательство работы)
Принцип: трудно найти решение, но легко проверить результат.
Производительность: низкая.
Среда DLT: публичный блокчейн.
Завершенность: вероятностная.
Пример использования: Bitcoin, Ethereum, Litecoin.
Блокчейн биткоина, — пожалуй, самый копируемый блокчейн. Многочисленные ноды подтверждают транзакции в соответствии с алгоритмом консенсуса PoW. Чтобы добавить новый блок, участник должен доказать, что он выполнил определенную работу. Если быть точным, он решает очень сложную задачу по нахождению хэша (hash), который соответствует определенным правилам. Первый, кому посчастливилось найти правильную комбинацию, получает возможность добавить блок в цепочку.
В результате участие в PoW подразумевает затраты вычислительных ресурсов, но преимуществом является то, что он может быть реализован в среде, где участники абсолютно не доверяют друг другу. Любой желающий может присоединиться к сети, так как она является блокчейном, не требующим разрешений (permissionless). И хотя масштабируемость одноранговых сетей высокая, скорость транзакций остается низкой.
Ещё одна проблема заключается в мотивации участников сети — они, как правило, присоединяются, чтобы разбогатеть, а не для поддержания справедливости. Уменьшение вознаграждения за майнинг со временем и низкие комиссий в будущем, могут сильно повлиять на безопасность сети.
Протоколы «доказательства доли»
1. Proof-of-Stake (PoS — Доказательство доли)
Принцип: сеть доверяет валидатору, который ставит свои собственные ресурсы в залог за возможность создавать блоки: чем больше доля, тем выше вероятность, что сеть разрешит создание блока.
Производительность: высокая.
Среда DLT: публичный/приватный блокчейн.
Завершенность: вероятностная.
Пример использования: NXT, Tezos, вскоре Ethereum.
Основная сеть Ethereum имеет характеристику полноты по Тьюрингу и работает на протоколе PoW. Однако проект планирует переключиться на более эффективный протокол, известный как Proof-of-Stake (PoS) или «доказательство доли».
Техническая особенность PoS — отсутствие сложных и ненужных вычислений. Вместо того, чтобы конкурировать с другими, участники сети дают в залог свои криптоактивы, такие как эфир (Ether) в Ethereum, и ждут, чтобы их выбрали для создания нового блока.
Но на практике этот алгоритм еще хорош, потому что мотивация участников сети кардинально отличается от PoW. Тут участники заинтересованы в безопасности, так как сами владеют монетами системы. Алгоритм выбирает одного валидатора, основываясь на принадлежащей ему доле. Поэтому если участник владеет долей в 5%, то и проверять будет 5% транзакций. Идея состоит в том, что чем выше доля валидатора, лежащей в основе криптовалюты, тем меньше у него интерес к манипуляциям процессом валидации.
Как и в случае с алгоритмом PoW, завершение транзакции в PoS является вероятностным. Хотя транзакции относительно быстрые, по сравнению с транзакциями в сети биткоин, для этого всё ещё требуются токены. Более того, скептики указывают на тот факт, что валидаторы с крупными долями будут выбираться чаще и, стало быть, будут получать ещё больше токенов: богатые становятся богаче.
2. Delegated Proof-of-Stake (DPoS) (Делегированное доказательство доли)
Принцип: участники делегируют производство новых блоков небольшому и фиксированному числу избранных валидаторов. Высокая конкуренция, но очень выгодная.
Производительность: высокая.
Среда DLT: публичный/приватный блокчейн.
Завершенность: вероятностная.
Пример использования: EOS, BitShares.
Тем временем разработчики предложили альтернативный экономический стимул, названный Delegated Proof-of-Stake (DPoS) (Делегированное доказательство доли). Он позволяет создавать блоки на высокой скорости и обрабатывать большее количество транзакций в секунду, по сравнению с другими алгоритмами консенсуса, за счет уменьшения количества валидаторов. Во время голосования держатели монет выбирают валидаторов транзакций, которые будут формировать блоки. Вес каждого голосования определяется суммой активов голосующего. Держатели монет могут проголосовать за кандидатов в любое время. Это определяет высокую устойчивость сети: если большинство исполнителей терпят неудачу, сообщество сразу же проголосует за их замену.
Генерация новых блоков происходит каждые Этот протокол не только быстрее, но и более справедлив, так как «делегированный» валидатор позже делится токенами со своими избирателями. Тем не менее подтверждение готовых блоков всё ещё лежит на плечах всех остальных участников сети. Daniel Larimer разработал DPoS в 2014 году. Сначала он использовал его в своём проекте BitShares, а позже в Steemit и EOS. Larimer предположил, что валидаторы DPoS будут иметь сильный стимул оставаться честными и предлагать самый быстрый и лучший сервис. В конце концов было бы глупо взломать сеть, которая хорошо вам платит. А если вы прекратите делать работу качественно, всегда есть другие участники, которые готовы занять место валидатора.
Byzantine Fault Tolerance (BFT) протоколы
До сих пор мы говорили о публичных блокчейнах, которые работают в публичной среде и нацелены на децентрализацию. Как насчёт частных предприятий на блокчейне? Что изменится, если участники будут немного больше знать о друг друге, или даже будут известны с самого старта сети (например, разные подразделения одной и той же компании)? В таких случаях можно оптимизировать консенсус-алгоритм и достичь намного большей пропускной способности. Фактически скорость увеличится в 10 раз, от сотен до тысяч транзакций в секунду, что отлично подходит для корпоративных реалий.
Важно отметить, что протоколы, «устойчивые к византийской проблеме» (BFT) — это характеристика, которой наделена или нет распределенная система. Однако в контексте нашей категоризации BFT обозначает новый класс протоколов, который не требует токенов для голосования, как в алгоритме PoW или PoS. Кроме того, он позволяет подписывать блок, даже если 1/3 участников терпят неудачу или действуют злонамеренно. BFT также решает проблему сбоев в системе и задержек в коммуникации.
1. Delegated Byzantine Fault Tolerance (DBFT) (Делегированный протокол задачи византийских генералов)
Принцип: предварительно выбранные «доверенные» участники поддерживают консенсус, даже если 1/3 из них терпят неудачу или являются злонамеренными.
Производительность: очень высокая.
Среда DLT: публичный/приватный блокчейн.
Завершенность: немедленная.
Пример использования: NEO, TON.
Этот алгоритм относится к старой задаче византийских генералов, основанной на реальном историческом событии. Используя аналогию, протоколу всё равно, если «генерал» заболел или саботировал коллег. Система будет работать, даже когда нода переходит в режим офлайн. Таким образом, консенсус протокол BFT кажется спасением от несовершенств PoW и PoS, но учитывая тысячи валидаторов, он всё равно будет бороться за решение проблемы скорости. Именно поэтому разработчики предложили делегированную модель BFT — the DBFT.
Предопределенные валидаторы в этом протоколе консенсуса позволяют значительно опередить другие протоколы. Взгляните на Ethereum с транзакциями в секунду и на NEO с почти 10 000 т/с. Действительно удобно иметь несколько известных действующих лиц, которые проверяют транзакции перед выпуском для других нод. В случае, если валидатор «сливается», участники могут делегировать новую ноду. Стоит отметить, что хоть этот протокол рассчитан на публичное окружение, он является более централизованным.
Примечание: поскольку NEO работает на протоколе PoS DBFT, члены сети не только делегируют валидаторов, но также получают нативный токен GAS, как часть доли их валидатора.
2. Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) (Реализация протокола задачи византийских генералов)
Принцип: простая и быстрая реализация алгоритма BFT для приватных сетей.
Производительность: высокая.
Среда DLT: приватный блокчейн с разрешениями.
Завершенность: немедленная.
Пример использования: Hyperledger, Chain.
Если вам нужен масштабируемый и быстрый, но приватный блокчейн, этот протокол для вас. Протокол PBFT очень похож на DBFT, особенно в отношении его более централизованного характера. Единственное отличие состоит в том, что первый имеет более простую реализацию, и часто работает в приватной среде с известными участниками. Что очень практично, не так ли?
Когда валидатор получает сообщение, он должен принять решение — верить ему или нет. Для этого он выполняет свои проверки и после опрашивает все остальные ноды по очереди, действительна ли транзакция по их мнению. Если ⅔ участников за эту транзакцию, нода её принимает и передает своё решение в сеть для других валидаторов. Таким образом, консенсус достигается на основе подтверждения, которое будет представлено всеми валидаторами.
PBFT эффективен в системах с низкой задержкой, но очень чувствителен к количеству валидаторов и пропускной способности, так как одно сообщение генерирует множество других запросов и проверок. Он хорошо подходит для частной среды, где не требуется большая нагрузка, но есть потребность в большом количестве транзакций. PBFT гарантирует окончательность решений о транзакциях в сети, так как оно было принято абсолютным большинством в каждый момент времени.
Возможно, вы также слышали о протоколе Sieve, который является усовершенствованной версией PBFT. Его особенность в том, что он умеет обрабатывать недетерминированные алгоритмы и их результаты, то есть такие, которые имеют несколько путей обработки тех же входных данных. В BFT мире существуют также такие протоколы, как Cross Fault Tolerance (XFT — упрощенный PBFT), Paxos и Raft. Последние два особо устойчивы к сбоям системы и называются Crash Fault Tolerant (CFT).
3. Federated Byzantine Agreement (FBA) (Федеративное византийское соглашение)
Принцип: блоки валидированы, если они подписаны конкретным кворумом подписчиков.
Производительность: высокая.
Среда DLT: публичный или приватный блокчейн, не требующий разрешения.
Завершенность: немедленная.
Пример использования: Stellar, Ripple.
Federated Byzantine Agreement (FBA), или «федеративное византийское соглашение», не требует разрешения или заранее известного набора участников, в отличие от PBFT и других вариаций BFT. FBA позволяет кому-либо присоединиться к сети. Транзакции в этом протоколе валидируются фиксированным количеством участников, которые выбираются из тех, кто в тот момент находятся в сети.
Примечательно, что по правилам FBA существуют Gateways (шлюзы) и Market-Makers (мэйкеры), которые обеспечивают честность и ликвидность сети. Первые выступают в роли традиционных банков, владеющих финансовыми средствами и создающих их эквивалент в виртуальных токенах. Вторые — ведут учетные записи с многочисленными шлюзами и сразу в нескольких валютах.
Краткое резюме
- Proof-of-Work стал первым и самым надежным протоколом консенсуса для публичных блокчейнов, таких как Bitcoin и Ethereum, однако он энергозатратный.
- Proof-of-Stake не требует сложных вычислений. Вместо этого, он поощряет пользователей закладывать собственные средства для выполнения эквивалентного количества проверок транзакций и предполагает, что все будут действовать рационально.
- BFT является упрощение концепции PoS, которая делает её намного быстрее. Однако BFT протоколы практичны только в небольшой и приватной среде.
- PBFT — это проверенное решение для приватных распределённых систем. Быстрый и надёжный протокол, но очень зависит от пропускной способности.
- DBFT улучшает BFT, позволяя участникам сети делегировать ответственность на валидаторов. Этот протокол, в отличие от PBFT, может быть использован в публичной среде. Очень быстрый, но более централизованный.
- Хотя вышеупомянутые варианты BFT являются блокчейнами, требующими разрешения, чтобы быть допущенным к сети, FBA является открытым для участия и часто не требует разрешения.
- Есть и другие протоколы.
«Неблокчейны»
Исследователь Сергей Попов провел мысленный эксперимент: а что, если мы сможем полностью избежать блоков?
1. Directed Acyclic Graph (DAG) (Направленный ациклический граф)
Принцип: нет фиксированных блоков, и подтверждены они в случайном порядке в линейном масштабе.
Производительность: высокая.
Среда DLT: публичный неблокчейн с разрешениями.
Завершенность: вероятностная.
Пример использования: IOTA, ByteBall.
Основная проблема с блокчейном — это его синхронная природа. Блокчейны не могут быть параллельными. Можно изменить размер или частоту блоков, а также участников, которые их валидируют, но в итоге вся история событий будет заточена в строгую линейную последовательность. В качестве альтернативы, технология Directed Acyclic Graph (DAG) является асинхронной, что даёт конкурентное преимущество одновременных событий.
Протокол в таких системах позволяет участникам для добавления одного блока транзакций подтвердить несколько предыдущих. Из чего следует, что «чем больше новых транзакций, тем быстрее валидируются старые». Хотя это подразумевает сверхвысокие скорости для сети — DAG более медленный в меньших масштабах.
2. HashGraph (ХэшГраф)
Принцип: ноды связываются случайным образом с использованием протокола «gossip about gossip» и соглашаются на консенсус после определенного раунда коммуникации.
Производительность: очень высокая.
Среда DLT: приватный неблокчейн с разрешениями.
Завершенность: зависит от раунда.
Пример использования: HashGraph.
Разработчики этого протокола утверждают, что блокчейн является устаревшей системой. В качестве замены они также выступают за концепцию DAG. Однако ключевым отличием HashGraph является протокол «gossip about gossip», где нода получает набор транзакций с меткой времени, о которых «знает» другая нода. Для работы такого алгоритма все участники в сети должны быть известными. В результате синхронизации каждая нода хранит всю информацию и историю получения этой информации всеми нодами сети. Как только нода видит в своей истории, что конкретное сообщение уже было получено и проверено большинством, нет сомнений, что оно действительно.
Однако существуют определённые ограничения. Во-первых, существует мало доказательств практической реализации в крупных масштабах, особенно по сравнению с рабочими блокчейн-проектами. Во-вторых, технология HashGraph запатентована и приобретение лицензии стоит денег. Это также приводит к третьему вопросу: отсутствие сильного сообщества (как например те, что связаны с проектами с открытым исходным кодом). Такое сообщество может проверить надежность протокола, его уязвимость перед хакерами и проблемы совместимости.
Примечание: недавно проект обновился и переименовался в Hedera Hashgraph. Некоторые наработки теперь доступны на GitHub.
Другие протоколы консенсуса для конкретных задач
Как будто этого было мало, люди ещё больше развили технологию и воображение. Всё больше исследователей и разработчиков блокчейна экспериментируют с новыми моделями консенсуса для различных бизнес-задач.
1. Proof-of-Activity (PoA) (Доказательство активности)
Принцип: гибрид PoW и PoS.
Производительность: низкая.
Среда DLT: публичный, не требующий разрешения блокчейн.
Завершенность: вероятностная.
Пример использования: Decred.
Proof-of-Activity (PoA) объединяет протоколы PoW и PoS, что означает, что участники могут как майнить, так и закладывать долю для валидации блоков. Итак, протокол PoA обеспечивает баланс между майнерами и обычными участниками сети.
2. Proof-of-Location (PoL) (Доказательство местоположения)
Принцип: используются маячки, чтобы заметить ноду в синхронизированном состоянии, а затем отметить временным штампом её присутствие.
Производительность: средняя.
Среда DLT: общественный, не требующий разрешения блокчейн.
Завершенность: немедленная.
Пример использования: FOAM, Platin.
Proof-of-Location (PoL) позволяет пользователям закрепить за собой конкретную GPS-локацию и таким образом аутентифицировать себя в сети. Интересно то, что протокол опирается на BFT маячки (beacons), которые записывают геолокацию и маркеры времени в блокчейне, что предотвращает сбои и мошенничество в системе.
3. Proof-of-Importance (PoI) (Доказательство важности)
Принцип: как и PoS, но с дополнительными свойствами, которые влияют на ваш рейтинг.
Производительность: высокая.
Среда DLT: общественный, не требующий разрешения блокчейн.
Завершенность: вероятностная.
Пример использования: NEM.
Алгоритм консенсус Proof-of-Importance (PoI) (доказательство важности) действует почти как PoS, но включает в себя три компонента:
- количество токенов на счету;
- активность операций счета;
- время, проведенное владельцем счёта в сети.
Хотя первый параметр играет важную роль в рейтинге для проверки транзакций, второй и третий параметры довольно слабые, но всё же помогают установить «важность» учётной записи. Чем меньше сумма токенов, тем сильнее влияние других параметров.
Следственно, учётная запись, которая закладывает сотни тысяч токенов, может увеличить коэффициент значимости почти в 3 раза из-за её активности и постоянного присутствия в сети. С другой стороны, это не имеет никакого значения для тех, кто владеет сотнями миллионов токенов в своем аккаунте.
4. Proof-of-Elapsed-Time (PoET) (Доказательство прошедшего времени)
Принцип: блоки создаются в доверенной среде с равными периодами.
Производительность: средняя.
Среда DLT: частный блокчейн, с разрешениями и без них.
Завершенность: вероятностная.
Пример использования: Intel.
Производитель чипов Intel не отставал и разработал собственный блокчейн под названием IntelLedger. Алгоритм консенсуса IntelLedger называется Proof-of-Elapsed-Time (PoET) или «доказательство прошедшего времени». Сегодня он присутствует в одном из Hyperledger-продуктов.
Эта система похожа на Proof-of-Work, но потребляет гораздо меньше электроэнергии. Вместо того, чтобы участники решали криптографическую головоломку, алгоритм работает в среде надежного выполнения (Trusted Execution Environment, TEE), такой, как Intel Software Guard Extensions (SGX). Протокол PoET также гарантирует, что блоки создаются случайно, но без какой-либо необходимой работы.
В качестве решения Intel предлагает гарантированное время ожидания согласно TEE. По информации компании, алгоритм PoET можно масштабировать до тысяч нод, и он будет корректно работать на любом процессоре Intel, поддерживающем SGX. Однако разве блокчейн не должен помогать нам избегать третьих сторон, а не полагаться на них?
Заключение
Протоколы консенсуса являются неотъемлемой частью распределенных систем. В первую очередь они помогают достигать справедливости, избегать сбоев системы, когда один из участников — нод — выходит из строя. Во-вторых, децентрализованная среда требует решения, которое поможет двигаться вперёд и изменять общее состояние, даже в среде, где никто никому не доверяет. Определенные правила помогают достичь «консенсуса».
Мы рассмотрели самые популярные протоколы, которые применяются уже в десятках проектов. Есть ещё много других и более экзотических протоколов, таких как Cross Fault Tolerance (XFT), Paxos, Sieve, Raft, Proof-of-Stake-Time (PoST) и Proof-of-Brain (PoB), которые мы просто не смогли вместить в эту статью, но обязательно опишем в следующих публикациях. Если же у вас есть вопросы, оставляйте комментарии под статьей.
Все про українське ІТ в телеграмі — підписуйтеся на канал DOU
�� Подобається Сподобалось 1
До обраного В обраному 1