Czym jest mechanizm konsensusu w blockchainie?

Wyobraź sobie, że jesteś dowódcą armii składającej się z kilku plutonów żołnierzy, z których każdy znajduje się w innym punkcie zrzutu. Planujesz zaatakować jeden umocniony obszar w określonym czasie. Aby to zrobić, musisz skoordynować działania każdego z plutonów, aby upewnić się, że wszyscy znają właściwy czas, miejsce i plan działania.

Ale to stawia przed nami szereg problemów. Co jeśli jeden lub kilka plutonów zdecyduje się na wycofanie w ostatniej chwili? Co jeśli zaatakują zbyt wcześnie? Co jeśli przybędą w niewłaściwe miejsce? Co jeśli w plutonie są zdrajcy, którzy próbują sabotować plan? 

Aby atak się powiódł, kluczowe jest, aby wszyscy osiągnęli jednogłośną zgodę — znaną również jako osiągnięcie konsensusu — co do tego, jaki jest plan. Ten przykład oparty jest na Problemie generałów bizantyjskich; koncepcji opublikowanej w artykule z 1982 roku, która ilustruje problemy związane z budowaniem solidnego systemu komunikacji, w którym zakłada się, że uczestnicy tego systemu mogą działać nieuczciwie. 

Bitcoin stał się pierwszym zdecentralizowanym systemem, który rozwiązał ten odwieczny problem, wdrażając coś, co nazywa się mechanizmem konsensusu.

Mechanizm konsensusu blockchain to rodzaj zautomatyzowanego systemu, który ma na celu osiągnięcie dwóch głównych celów.

1. Zapewnienie, że rozproszona, bezprzywódcza społeczność walidatorów sieci jest w stanie efektywnie i jednogłośnie zgodzić się na nowe i istniejące dane w księdze blockchain.
    
2. Zapewnienie, że wszyscy walidatorzy sieci przestrzegają zasad protokołu i uczciwie wykonują swoje role.

Walidacja danych odnosi się do weryfikacji, czy nowe informacje są dokładne i ważne. To jest niezwykle ważne w zdecentralizowanym systemie, szczególnie w zdecentralizowanym systemie monetarnym. Jeśli do blockchaina pozwoli się dodać nieprawidłowe informacje o transakcjach, takie jak fałszywe saldo lub transakcja podwójnego wydania, całkowicie podważyłoby to integralność tej bazy danych.

Bez integralnej bazy danych nikt by jej nie ufał i nikt by jej nie używał.

Istnieje również jeden inny kluczowy problem, który mechanizmy konsensusu mają na celu rozwiązanie: bezpieczeństwo sieci. 

Satoshi Nakamoto, twórca Bitcoina, był pierwszym, który dostrzegł, że mechanizmy konsensusu mogą również pełnić rolę efektywnego systemu odstraszania złych aktorów przed próbą przejęcia sieci poprzez atak większościowy (zdobycie kontroli nad więcej niż 50% sieci). Była to rewolucyjna innowacja, która pomogła ugruntować protokół Bitcoina jako pierwszą globalnie wykonalną zdecentralizowaną kryptowalutę.

Chociaż istnieje wiele rodzajów mechanizmów konsensusu używanych przez różne blockchainy, większość z nich zasadniczo działa poprzez wymaganie od węzłów walidacyjnych dokonania jakiejś inwestycji i/lub poświęcenia pewnej ilości wysiłku, zanim otrzymają prawo do proponowania i walidowania nowych bloków danych.

Idea za tym jest prosta. Walidatorzy, którzy zainwestowali swój czas i pieniądze w uczestnictwo w sieci, teoretycznie są mniej skłonni do próby jej zepsucia, ponieważ mają coś do stracenia, jeśli to zrobią.

Krótko mówiąc, mechanizmy konsensusu to po prostu systemy, które zachęcają walidatorów do przestrzegania zasad poprzez przymus (groźba kary) i/lub motywację (zdobywanie nagród za dobre zachowanie).

Jak już wspomnieliśmy, istnieje wiele różnych metod stosowanych przez różne blockchainy w celu osiągnięcia konsensusu w dzisiejszym przemyśle kryptograficznym.

Jednak dwa najpopularniejsze znane są jako mechanizmy konsensusu proof-of-work (PoW) i proof-of-stake (PoS).

Proof-of-work to mechanizm konsensusu używany przez bitcoina i szeroki zakres innych kryptowalut. 

Pierwszy raz opracowany w 1993 roku przez naukowców komputerowych Cynthię Dwork i Moni Naor jako sposób zapobiegania spamowi w e-mailach, Nakamoto wziął ten koncept i dostosował go do użycia w zdecentralizowanym systemie monetarnym.

PoW działa poprzez wymaganie od walidatorów, zwanych „górnikami”, zakupu, wynajmu lub zlecenia sprzętu komputerowego i skierowania tej mocy na wygranie opartej na kryptografii rywalizacji w zamian za nagrody. Ten proces jest powszechnie znany jako wydobywanie kryptowalut.

Pełne szczegóły dotyczące wydobywania można znaleźć tutaj.

Wymagając od walidatorów inwestycji w sprzęt komputerowy i pokrycia bieżących kosztów związanych z jego działaniem, idea stojąca za PoW polega na tym, że potencjalni złośliwi agenci zostaną zniechęceni do podejmowania całego tego wysiłku. Podobnie, struktura zachęt nagród blokowych — nagród uzyskiwanych za wygranie rywalizacji wydobywczej — oznacza, że uczciwe uczestnictwo może być dobrze wynagradzane.

Jeśli chodzi o zapewnienie bezpieczeństwa, im więcej górników dołącza do sieci, a także im bardziej zaawansowany jest sprzęt, tym koszt ataku na blockchain Bitcoina rośnie wykładniczo. Dzieje się tak, ponieważ sprawca musiałby pozyskać niezwykle dużą moc obliczeniową, aby uzyskać 51% większości nad resztą sieci. Nawet wtedy nie byłoby gwarancji, że wygrają konkurs wydobywczy co dziesięć minut, aby skutecznie ustanowić nieprawidłowy łańcuch nowych bloków.

Proof-of-stake to stosunkowo nowy rodzaj mechanizmu konsensusu, który po raz pierwszy został pomyślnie wdrożony przez Sunny’ego Kinga i Scotta Nadala w 2012 roku. Podobnie jak w przypadku proof-of-work, PoS spełnia te same kluczowe cele mechanizmu konsensusu, ale w unikalnie inny sposób.

Aby stać się walidatorem w blockchainie opartym na PoS, uczestnicy muszą zakupić i zablokować ilość rodzimych kryptowalut danego projektu w inteligentnym kontrakcie. Jest to znane jako staking.

Inteligentny kontrakt staking zasadniczo działa jak konto powiernicze i blokuje tokeny na stały lub zmienny okres w zależności od specyficznych warunków każdego protokołu blockchain.

Walidatorzy są losowo wybierani przez protokół do proponowania nowych bloków w ustalonych przedziałach czasowych – często nazywanych epokami. Stakerzy mogą zwiększyć prawdopodobieństwo bycia wybranym do proponowania nowych bloków, zwiększając ilość tokenów lub monet, które poświęcają na staking.

Ten system działa podobnie do systemu loteryjnego, w którym im więcej biletów masz, tym większe masz szanse na wygranie głównej nagrody. Ale znowu, nie ma gwarancji, że wygrasz za każdym razem, tak jak w loterii. Ktoś z jednym biletem może nadal pokonać kogoś z tysiącem biletów loteryjnych. To samo dotyczy stakingu kryptowalut.

Peercoin był pierwszą kryptowalutą, która wprowadziła ten mechanizm, chociaż Ethereum jest być może najbardziej znanym przykładem blockchaina PoS po zakończeniu swojej transformacji z PoW w 2022 roku.

Oprócz blokowania tokenów, niektóre mechanizmy konsensusu PoS, takie jak ten używany przez Ethereum, nakładają kary za nieuczciwe zachowanie poprzez proces zwany „slashingiem.” 

Jeśli protokół podejrzewa złośliwą działalność, zablokowane fundusze osoby mogą zostać skonfiskowane lub „przecięte” częściowo lub całkowicie bez ostrzeżenia. To przymusowo zniechęca do złego zachowania i pomaga zapewnić, że wszyscy uczestnicy sieci przestrzegają zasad.

Poza PoW i PoS pojawiło się dziesiątki różnych mechanizmów konsensusu, które reprezentują nowe lub hybrydowe wersje wcześniej wspomnianych mechanizmów. Każda próba rozwiązania problemu generałów bizantyjskich na różne sposoby. Obejmuje to:

• Proof-of-Activity (PoA)
• Proof-of-History (PoH)
• Dowód ważności (PoI)
• Dowód pojemności (PoC)
• Dowód wypalenia (PoB)
• Dowód autorytetu (PoA)
• Delegated Proof-of-Stake (DPoS)
• Dowód upływu czasu (PoET)

Chociaż nie ma wyraźnego zwycięzcy w kwestii najlepszego mechanizmu konsensusu, wiele osób uważa systemy PoS i PoW za najbardziej efektywne.

Główne zalety PoW (kopania) w porównaniu do PoS (stawianie) polegają na tym, że oferuje znacznie większe bezpieczeństwo przed atakami większościowymi 51%. Jednak ogromne ilości energii są zbiorowo konsumowane przez górników, aby osiągnąć to wysokie bezpieczeństwo; coś, co w ostatnich latach budziło wielkie zaniepokojenie wśród wielu ekologów, regulatorów i globalnych firm. Zużycie energii przez PoW to złożony temat, o którym rozmawialiśmy bardziej szczegółowo w naszym artykule Obalanie mitów kryptograficznych: „Bitcoin niszczy środowisko."

Z drugiej strony PoS jest znacznie bardziej energooszczędny. Nie są wymagane żadne maszyny pochłaniające prąd do stawiania, a wiele bloków ma potencjał do walidacji równocześnie dzięki rozwiązaniom skalującym, takim jak sharding. 

Mówiąc to, żaden z nich nie jest doskonały i oba mają swoje własne problemy z centralizacją. W obu przypadkach ci, którzy mają najwięcej pieniędzy, mogą uzyskać niesprawiedliwą przewagę nad innymi uczestnikami sieci.

W systemach PoW duże firmy górnicze dominują w branży i czynią uczestnictwo małych górników hobbystycznych finansowo nieopłacalnym. 

W systemach PoS ci, którzy stawiają ogromne ilości tokenów, są znacznie bardziej skłonni do proponowania nowych bloków i zdobywania nagród w porównaniu do wszystkich innych w sieci.

Niemniej jednak można argumentować, że jest to naturalny produkt uboczny większości, jeśli nie wszystkich, mechanizmów konsensusu.

Teraz, gdy wiesz wszystko o mechanizmach konsensusu, czy jesteś gotowy, aby zrobić następny krok i kupić trochę kryptowaluty na Krakenie? Kliknij przycisk poniżej, aby zainwestować w kryptowalutę na Krakenie już dziś!