Що таке механізми консенсусу?

Механізми консенсусу в блокчейні є наріжним каменем децентралізованого суспільства Web3, фінансів і управління, що формується. Однак архітектори цього нового світу довго сперечалися над дизайном цих механізмів. І в пошуках ідеального балансу між масштабованістю, безпекою та децентралізацією вони створили нескінченний список варіантів.

Отже, будь-хто, хто хоче створювати або порівнювати блокчейни та їхні відповідні екосистеми, повинен прочесати історію компромісів. Ось що вам потрібно знати, щоб наздогнати вас.

Винос:

• Механізм консенсусу — це гейміфікована система протоколів, яка дозволяє децентралізованій комп’ютерній мережі погоджувати стан блокчейну. Вони спрямовані на забезпечення балансу безпеки, масштабованості та децентралізації мережі.
• Галузь зупинилася в основному на механізмах консенсусу «підтвердження роботи» (PoW) і «підтвердження частки» (PoS).
• Прийняття користувачами та розробка додатків навколо найпопулярніших блокчейнів ускладнили альтернативним механізмам консенсусу підрив індустрії.
• Але нещодавній перехід Ethereum від PoW до PoS продемонстрував, що збій можливий.

У цьому посібнику пояснюється, як працюють механізми консенсусу, а також основні відмінності між найбільш відомими типами.

Як працюють механізми консенсусу

Щоб зрозуміти, як працюють механізми консенсусу, важливо спочатку визнати, що кінцевою метою є збереження безпечного та загальнодоступного запису всіх взаємодій і транзакцій учасників мережі. Майнери або вузли перевірки керують усіма оновленнями та змінами в цьому записі. У такій системі вкрай важливо встановити надійний спосіб, щоб переконатися, що жоден одноранговий партнер не намагатиметься обдурити інших учасників і що вони додадуть чесні транзакції до книги. Наприклад, користувачі не повинні мати можливість вдвічі витрачати активи, якими вони володіють, або маніпулювати системою, щоб утримувати більше монет, ніж вони мали спочатку.

Механізм консенсусу надає набір протоколів і правил, які використовує реєстр блокчейну для захисту від таких потенційно зловмисних транзакцій. У більшості випадків протокол досягає цього за допомогою криптографічних викликів і винагород, які дозволяють лідерам мережі (майнерам або валідаторам) перевіряти автентичність кожної транзакції, яку намагаються здійснити користувачі. Коли валідатори досягають згоди (консенсусу) щодо законності транзакції, протокол додає її до незмінного запису блокчейну.

Механізми консенсусу використовують заохочення та винагороди, як правило, нові монети, щоб заохотити лідерів мережі пропонувати одноліткам лише законні транзакції. Це ускладнює та робить дорого будь-кому, хто намагається обдурити систему. У більшості протоколів користувачі повинні контролювати понад 51% обчислювальної потужності мережі одночасно або придбати значну частину базової валюти мережі.

Чому існують різні типи?

Архітектори блокчейну розробили різні типи механізмів консенсусу для різних варіантів використання блокчейну та умов мережі. Вони також пропонують кілька способів для проектів вирішення відомої трилеми блокчейну.

Трилема передбачає, що розподілені системи можуть задовольнити лише дві з трьох вимог: масштабованість, децентралізація та безпека. Таким чином, блокчейни повинні знайти компроміс, виходячи зі своєї конкретної мети.

Джерело: Ledger

У реальному прикладі біткойн підтвердження роботи (PoW) надає перевагу децентралізації та безпеці, тоді як модель Ethereum proof of stake (PoS) більше спирається на масштабованість для роботи децентралізованих програм (dapps). Однак цей приклад є надмірним спрощенням, оскільки дискусія про безпеку протоколу та децентралізацію є складною та багатогранною.

Докладніше: Чому Ethereum стає більш децентралізованим після злиття

Крім того, інші механізми консенсусу блокчейнів реалізують модифіковану версію PoW або PoS залежно від ступеня швидкості, безпеки чи децентралізації, яку вони хочуть досягти.

Механізми консенсусу в блокчейні

Творець біткойна познайомив світ з новим способом для однолітків у комп’ютерній мережі досягти консенсусу щодо стану бухгалтерської книги децентралізованим способом. Відтоді технологи експериментували з іншими консенсусними моделями, досягаючи компромісів, згаданих вище.

Підтвердження роботи (PoW)

Перший механізм консенсусу, Proof of Work, був винайдений творцем Bitcoin Сатоші Накамото. Інші блокчейн-мережі, включаючи Litecoin і Dogecoin, також прийняли його. Модель вимагає від лідерів мереж, які називаються майнерами, витрачати обчислювальну потужність для вирішення надзвичайно складної криптографічної головоломки. Будучи першим, хто закінчив головоломку та надіслав цей «доказ роботи» іншим колегам, майнер має право додати новий блок до блокчейну та отримати пов’язану монетну винагороду.

Докладніше: Що таке Proof-of-Work?

Безпека моделі PoW полягає у великій кількості обчислювальних потужностей, які майнери витрачають на нескінченну гонку, щоб знайти наступний доказ роботи. З кількома майнерами, які діють в інтересах мережі, економічна вартість атаки на систему значно зростає до такої міри, що для зловмисника стає непрактичним спробувати інакше.

PoW робить Bitcoin найбезпечнішою обчислювальною мережею на планеті. Проте багато хто має неправильні уявлення про споживання енергії мережею, про які йдеться в нашому докладному посібнику з блокчейнів PoW.

Підтвердження частки (PoS)

Proof of stake з’явився в 2012 році як альтернатива PoW Bitcoin. Модель замінила майнери валідаторами, вимагаючи, щоб зацікавлені особи зробили значну частину базової валюти мережі за право пропонувати та додавати нові блоки до блокчейну. Мережа отримує свою безпеку від вирівнювання стимулів, тому що наявність значної частки, природно, вимагає від валідаторів діяти сумлінно.

Докладніше: Посібник для інвестора з підтвердження частки

Ethereum став найбільшою мережею PoS після історичного переходу від PoW у 2022 році. Хоча монети PoS становлять лише 29% усієї вартості криптовалютного ринку, механізм консенсусу є найпоширенішим. Інші популярні блокчейни, такі як BNB Chain і Cardano, реалізують цю модель, незважаючи на її широко відомі компроміси безпеки, пояснені в посібнику з підтвердження частки від Blockworks.

Докладніше: Proof of Work проти Proof of Stake

Делеговане підтвердження частки (DPoS)

Механізм консенсусу делегованого підтвердження частки (DPoS) є модифікованою версією PoS, яка зазвичай вважається більш демократичною. Згідно з цією моделлю, користувачі розставляють токени, щоб голосувати за делегатів, які перевірятимуть транзакції в мережі. Чим більше токенів делеговано валідатору, тим більше шансів у них створювати блоки в мережі та отримувати винагороди, якими вони діляться зі стейкерами. Приклади провідних блокчейн-мереж, які використовують модель DPoS, включають Solana, Tron, EOS і Tezos.

Підтвердження повноважень (PoA)

Підтвердження повноважень (PoA) — це консенсусна модель, за якою валідатори мережі складаються з попередньо схвалених учасників, обраних на основі їхньої репутації. Зазвичай це ідеально підходить для приватних блокчейнів або конкретних організаційних випадків використання, де для оновлення книги потрібен лише обмежений набір валідаторів. Кілька валідаторів, необхідних для системи PoA, роблять її масштабованою, але централізованою. Vechain і сайдчейн Liquid від Blockstream є найвідомішими прикладами публічних блокчейнів, які використовують реалізацію PoA.

Доказ діяльності (PoA)

Підтвердження активності (PoA) — це гібридна консенсусна модель, яка реалізує аспекти PoW і PoS. Спочатку процес починається з того, що майнери розв’язують криптографічну головоломку, щоб запропонувати новий блок, який, у свою чергу, підписується валідаторами перед додаванням до блокчейну. Майнери та валідатори отримують частину винагороди за блок за свій внесок у безпеку мережі. Decred є найкращим прикладом блокчейн-проекту, що працює на основі підтвердження повноважень.

Доказ опіку (PoB)

Механізм консенсусу «доказ вигоряння» (PoB) реалізує новий підхід до зменшення вимог до високої енергії для систем PoW. За цією модифікованою моделлю майнери спалюють частину своїх монет, щоб отримати віртуальні машини для майнінгу, які дають їм право пропонувати та добувати нові блоки. Майнери переказують кошти на адреси, які можна перевірити, і зосереджуються на розвитку своїх віртуальних установок для майнінгу, щоб максимізувати прибутковість. Slimcoin, запущений у 2014 році, реалізує модель консенсусу PoB, як і модульний блокчейн Koinos, який був запущений у 2022 році.

Підтвердження ємності (PoC)

Підтвердження ємності (PoC) — ще одна узгоджена модель, яка намагається знизити високі потреби в енергії PoW. Блокчейни, які використовують цю модель, вимагають від майнерів використовувати доступний простір на жорстких дисках своїх комп’ютерів, щоб знайти рішення для менш складної криптографічної головоломки. Відповідь на дилему попередньо зберігається, коли користувач стає вузлом, причому більший простір на жорсткому диску збільшує шанси майнера отримати винагороду за блок. Блокчейни першого покоління, такі як Chia, SpaceMint і Storj, реалізують модель PoC.

Підтвердження часу, що минув (PoET)

Proof of elapsed time (PoET) — це консенсусний алгоритм, розроблений корпорацією Intel і в основному використовується дозволеними блокчейн-мережами. Він реалізує подібну до лотереї модель вибору валідатора для наступного блоку. Використання незмінного коду, який можна відкрито перевіряти, гарантує, що всі учасники мають рівні шанси бути обраними валідаторами. Примітно, що зазвичай немає економічних винагород для учасників PoET, оскільки ця модель в основному використовується для організацій і корпорацій. Орієнтоване на підприємство рішення розподіленої книги Hyperledger Sawtooth реалізує модель PoET.

Підтвердження історії (PoH)

Доказом історії є модель консенсусу на основі часу, започаткована блокчейном Solana. Він усуває недолік у системах PoW: ресурси, які валідатори витрачають на узгодження часу та порядку транзакцій. PoH реалізує функцію внутрішнього годинника на основі криптографічного підтвердження, щоб забезпечити майже миттєву обробку та завершеність транзакцій. Solana — єдиний відомий публічний блокчейн, який використовує цю консенсусну модель, хоча проект доповнює її PoS та іншими технологіями для забезпечення масштабованості.

Що це означає для інвесторів

Консенсусні моделі забезпечують метрику для оцінки довгострокового потенціалу проекту. Найбільш життєздатні мережі в ідеалі мають чіткий шлях до стійкості та масштабованості, зберігаючи розумний рівень децентралізації. Незважаючи на те, що можуть з’явитися новіші консенсусні моделі, найпоширеніші реалізації продовжуватимуть відігравати життєво важливу роль, оскільки галузь просувається до масового впровадження.

Відмова від відповідальності:

1. Цю статтю передруковано з [blockworks]. Усі авторські права належать оригінальному автору [JOHN LEE QUIGLEY & JOHN GILBERT]. Якщо є заперечення щодо цього передруку, будь ласка, зв’яжіться з командою Gate Learn , і вони негайно розглянуть це.
2. Відмова від відповідальності: погляди та думки, висловлені в цій статті, належать виключно автору та не є жодною інвестиційною порадою.
3. Переклади статті на інші мови виконує команда Gate Learn. Якщо не зазначено вище, копіювання, розповсюдження або плагіат перекладених статей заборонено.