Wat is een blockchainconsensusmechanisme?

Stel je voor dat je de commandant bent van een leger dat bestaat uit verschillende pelotons soldaten, die zich elk op een ander punt bevinden. Je bent van plan om één versterkt gebied aan te vallen op een specifiek tijdstip. Om dat te doen, moet je coördineren met elk van je pelotons om ervoor te zorgen dat ze allemaal de juiste tijd, locatie en plan van aanpak kennen.

Dit levert echter een aantal problemen op. Wat als een of meerdere pelotons op het laatste moment besluiten om zich terug te trekken? Wat als ze te vroeg aanvallen? Wat als ze op de verkeerde locatie aankomen? Wat als er verraders in een peloton zijn die het plan proberen te saboteren? 

Om de aanval te laten werken, is het van vitaal belang dat iedereen het unaniem eens wordt over wat het plan is, ook bekend als het bereiken van consensus. Dit voorbeeld is gebaseerd op het probleem van de Byzantijnse generaals; een concept gepubliceerd in een artikel uit 1982 dat de problemen illustreert van het bouwen van een robuust communicatiesysteem waarbij wordt aangenomen dat de deelnemers in dat systeem oneerlijk kunnen handelen. 

Bitcoin werd het eerste gedecentraliseerde systeem dat dit reeds lang bestaande probleem oploste door een zogenoemd consensusmechanisme te implementeren.

Een blockchainconsensusmechanisme is een soort geautomatiseerd systeem dat twee hoofddoelen wil bereiken.

1. Ervoor zorgen dat een gedistribueerde, leiderloze gemeenschap van netwerkvalidators het efficiënt en unaniem eens kan worden over nieuwe en bestaande gegevens in het blockchaingrootboek.
    
2. Ervoor zorgen dat alle netwerkvalidators de regels van het protocol volgen en hun rol eerlijk uitvoeren.

Gegevensvalidatie is het controleren of nieuwe informatie nauwkeurig en geldig is. Dit is ontzettend belangrijk in een gedecentraliseerd systeem, vooral in een gedecentraliseerd monetair systeem. Als er ongeldige transactiegegevens aan de blockchain worden toegevoegd, zoals een vals saldo of een dubbele transactie, dan zou dat de integriteit van de database volledig ondermijnen.

Zonder een integrale database zou niemand het vertrouwen en zou niemand het gebruiken.

Er is nog een ander belangrijk probleem waarvoor consensusmechanismen worden gebruikt: netwerkbeveiliging. 

Satoshi Nakamoto, de bedenker van Bitcoin, was de eerste die inzag dat consensusmechanismen ook konden dienen als een efficiënt systeem om kwaadwillenden ervan te weerhouden te proberen het netwerk over te nemen door middel van een meerderheidsaanval (het verkrijgen van controle over meer dan 50% van een netwerk). Dit was een revolutionaire innovatie die het Bitcoin-protocol hielp verankeren als de eerste wereldwijd levensvatbare gedecentraliseerde cryptocurrency.

Hoewel er veel soorten consensusmechanismen zijn die door verschillende blockchains worden gebruikt, is de fundamentele werking van de meesten het vereisen dat validatieknooppunten een bepaalde investering moeten doen en/of een bepaalde hoeveelheid moeite moeten doen voordat ze het recht krijgen om nieuwe gegevensblokken voor te stellen en te valideren.

Het idee hierachter is eenvoudig. Validators die hun eigen tijd en geld hebben geïnvesteerd om deel te nemen aan het netwerk zijn theoretisch minder geneigd om te proberen het netwerk te corrumperen, omdat ze iets te verliezen hebben als ze dat doen.

Kortom, consensusmechanismen zijn eenvoudigweg systemen die validators aanmoedigen om zich aan de regels te houden door middel van dwang (dreigen met straf) en/of stimulans (beloningen verdienen voor goed gedrag).

Zoals we hebben vermeld, zijn er in de huidige crypto-industrie veel verschillende methoden die door blockchains worden gebruikt om consensus te bereiken.

De twee populairste zijn echter bekend als proof-of-work (PoW) en proof-of-stake (PoS) consensusmechanismen.

Proof of work is het consensusmechanisme dat wordt gebruikt door Bitcoin en een groot aantal andere cryptocurrencies. 

Het concept werd in 1993 ontwikkeld door computerwetenschappers Cynthia Dwork en Moni Naor om e-mailspam te voorkomen. Nakamoto paste het concept aan voor gebruik in een gedecentraliseerd monetair systeem.

PoW werkt door validators, ook wel "mijners" genoemd, te verplichten computerapparatuur te kopen, te huren of uit te besteden en die kracht te gebruiken om een op cryptografie gebaseerde competitie te winnen in ruil voor beloningen. Dit proces staat beter bekend als het mijnen van crypto.

De volledige details van het mijnen kun je hier vinden.

Door van validators te eisen dat ze investeren in computerapparatuur en de lopende kosten dekken die daarmee gepaard gaan, is het idee achter PoW dat potentiële kwaadwillenden worden afgeschrikt om al die moeite te doen. Ook de stimulansstructuur van blokbeloningen— de beloningen die verdiend worden met het winnen van de mijnbouwcompetitie— betekent dat eerlijke deelname goed kan worden gecompenseerd.

Wat beveiliging betreft, nemen de kosten om de Bitcoin-blockchain aan te vallen exponentieel toe naarmate er meer mijners aan het netwerk deelnemen en de apparatuur geavanceerder wordt. Dit komt omdat een dader een extreem grote hoeveelheid rekenkracht zou moeten gebruiken om een meerderheid van 51% over de rest van het netwerk te krijgen. Zelfs dan zou er geen garantie zijn dat ze elke tien minuten de mijncompetitie zouden winnen om met succes een ongeldige keten van nieuwe blokken te maken.

Proof-of-stake is een relatief nieuw type consensusmechanisme waarmee in 2012 werd gepionierd door Sunny King en Scott Nadal. Net als proof-of-work vervult PoS dezelfde hoofddoelen van een consensusmechanisme, maar op een andere, unieke manier.

Om een validator te worden op een op PoS gebaseerde blockchain, moeten deelnemers een bedrag van de eigen native crypto van het project kopen en vastzetten in een smart contract. Dit staat bekend als staken.

Een smart contract voor staking werkt in wezen als een escrowrekening en zet tokens vast voor een vaste of variabele duur, afhankelijk van de specifieke voorwaarden van elk blockchainprotocol.

Validators worden willekeurig gekozen door het protocol om nieuwe blokken voor te stellen binnen vastgestelde tijdsloten— vaak epochs genoemd. Stakers kunnen de kans vergroten dat ze worden geselecteerd om nieuwe blokken voor te stellen door de hoeveelheid tokens of munten die ze staken te verhogen.

Dit systeem werkt vergelijkbaar met een loterijsysteem, waarbij geldt dat hoe meer loten je hebt, hoe groter je kans is om de jackpot te winnen. Maar ook hierbij is er geen garantie dat je elke keer wint, net als bij een loterij. Iemand met één lot kan nog steeds iemand met duizenden loten verslaan. Hetzelfde geldt voor het staken van crypto.

Peercoin was de eerste cryptocurrency die dit mechanisme gebruikte, hoewel Ethereum misschien wel het bekendste voorbeeld is van een PoS-blockchain, nadat het in 2022 de overgang van PoW voltooide.

Naast het vastzetten van tokens, leggen sommige PoS-consensusmechanismen zoals die van Ethereum straffen op voor oneerlijk gedrag door middel van een proces dat "slashing" heet. 

Als het protocol kwaadwillige activiteiten vermoedt, kunnen iemands vastgezette tegoeden zonder waarschuwing geheel of gedeeltelijk in beslag worden genomen, of "geslasht." Dit ontmoedigt slecht gedrag en zorgt ervoor dat alle netwerkdeelnemers zich aan de regels houden.

Naast PoW en PoS zijn er tientallen verschillende consensusmechanismen ontstaan die nieuwe of hybride versies zijn van de eerder genoemde mechanismen. Ze proberen allemaal op verschillende manieren het probleem van de Byzantijnse generaals op te lossen. Deze zijn:

• Proof-of-activity (PoA)
• Proof-of-history (PoH)
• Proof-of-importance (PoI)
• Proof-of-capacity (PoC)
• Proof-of-burn (PoB)
• Proof-of-authority (PoA)
• Delegated proof-of-stake (DPoS)
• Proof-of-elapsed time (PoET)

Hoewel er geen duidelijke winnaar is wat betreft het beste consensusmechanisme, beschouwen velen de PoS- en PoW-systemen als het meest effectief.

De belangrijkste voordelen van PoW (mijnen) ten opzichte van PoS (staken) is dat het aanzienlijk meer beveiliging biedt tegen aanvallen met een 51% meerderheid. Er worden door mijners echter collectief enorme hoeveelheden energie verbruikt om deze hoge beveiliging te bereiken; iets waar veel milieuactivisten, regelgevende instanties en mondiale bedrijven zich de afgelopen jaren grote zorgen over hebben gemaakt. Het energieverbruik van PoW is een complex onderwerp en iets waar we dieper op in zijn gegaan in ons artikel Ontkrachting van cryptomythen: "Bitcoin vernietigt het milieu."

PoS daarentegen is aanzienlijk energiezuiniger. Er zijn geen elektriciteitverslindende machines nodig om te staken en meerdere blokken hebben de mogelijkheid om in tandem gevalideerd te worden door middel van schaaloplossingen zoals sharding. 

Dat gezegd hebbende, geen van beide is perfect en beide hebben hun eigen centralisatieproblemen. In beide gevallen kunnen degenen met het meeste geld een oneerlijk voordeel krijgen ten opzichte van andere deelnemers in het netwerk.

In PoW-systemen domineren grote mijnbedrijven de industrie en maken het financieel onhaalbaar voor kleine hobbymijners om mee te doen. 

In PoS-systemen hebben degenen die grote hoeveelheden tokens staken veel meer kans om nieuwe blokken voor te stellen en beloningen te verdienen dan alle anderen in het netwerk.

Toch kun je stellen dat dit een natuurlijk bijproduct is van de meeste, zo niet alle consensusmechanismen.

Ben je, nu je alles over consensusmechanisme weet, klaar om volgende stap te zetten en wat crypto te kopen met Kraken? Klik op de knop hieronder om vandaag nog te beleggen in cryptocurrency's op Kraken!