Vad är en konsensusmekanism för blockkedjan?

Föreställ dig att du är befälhavare för en armé som består av flera plutoner med soldater, som alla är placerade vid olika avlämningspunkter. Du planerar att attackera ett enda befäst område vid en specifik tid. För detta måste du samordna med var och en av dina plutoner för att säkerställa att alla känner till rätt tid, plats och handlingsplan.

Men detta medför ett antal problem. Vad händer om en eller flera plutoner beslutar sig för att dra sig tillbaka i sista minuten? Vad händer om de attackerar för tidigt? Vad händer om de anländer till fel plats? Vad händer om det finns förrädare i en pluton som försöker sabotera planen? 

För att attacken ska fungera är det avgörande att alla enas – når konsensus – om vad planen är. Detta exempel är baserat på det bysantinska generalsproblemet; ett koncept som publicerades i en artikel 1982 som illustrerar problemen med att bygga ett robust kommunikationssystem där deltagarna i systemet kan agera oärligt. 

Bitcoin blev det första decentraliserade system som löste detta långvariga problem genom att införa något som kallas en konsensusmekanism.

En konsensusmekanism för blockkedjan är en typ av automatiserat system som syftar till att uppnå två huvudmål.

1. Säkerställa att en distribuerad gemenskap av nätverksvaliderare utan ledare effektivt och enhälligt kan enas om nya och befintliga data på blockkedjehuvudboken.
    
2. Säkerställa att alla nätverksvaliderare följer protokollets regler och utför sina roller ärligt.

Datavalidering avser att verifiera att ny information är korrekt och giltig. Detta är otroligt viktigt i ett decentraliserat system, särskilt ett decentraliserat monetärt system. Om ogiltig transaktionsinformation tillåts läggas till på blockkedjan, såsom ett falskt saldo eller en transaktion som innebär dubbelspendering, skulle det helt undergräva databasens integritet.

Utan en integrerad databas skulle ingen lita på den och ingen skulle använda den.

Det finns även ett annat centralt problem som konsensusmekanismer används för att lösa, nämligen nätverkssäkerhet. 

Satoshi Nakamoto, skaparen av bitcoin, var den första som insåg att konsensusmekanismer även kunde fungera som ett effektivt system för att avskräcka illvilliga aktörer från att försöka ta över nätverket genom en majoritetsattack (få kontroll över mer än 50 % av ett nätverk). Detta var en revolutionerande innovation som hjälpte till att cementera bitcoin-protokollet som den första globalt gångbara decentraliserade kryptovalutan.

Även om det finns många typer av konsensusmekanismer som används av olika blockkedjor fungerar de flesta av dem i grunden genom att kräva att valideringsnoder gör någon form av investering och/eller lägger ner en viss ansträngning innan de får rätt att föreslå och validera nya datablock.

Idén bakom detta är enkel. Validerare som har lagt sin tid och sina pengar på att delta i nätverket är teoretiskt sett mindre benägna att försöka äventyra det eftersom de har något att förlora om de gör det.

Kort sagt är konsensusmekanismer helt enkelt system som uppmuntrar validerare att följa reglerna genom tvång (hot om straff) och/eller incitament (tjäna belöningar för bra beteende).

Som vi nämnt finns det många olika metoder som används av olika blockkedjor för att uppnå konsensus i dagens kryptobransch.

De två mest populära konsensusmekanismerna kallas bevis på arbete (PoW) och bevis på insats (PoS).

Bevis på arbete är den konsensusmekanism som används av bitcoin och en mängd andra kryptovalutor. 

Den utvecklades 1993 av datavetarna Cynthia Dwork och Moni Naor som ett sätt att förhindra skräppost och Nakamoto tog konceptet och anpassade det för användning i ett decentraliserat monetärt system.

PoW fungerar genom att kräva att validerare, kallade ”utvinnare”, köper, hyr eller outsourcar datorutrustning och riktar denna kraft mot att vinna en kryptografibaserad tävling i utbyte mot belöningar. Denna process kallas utvinning av kryptovaluta.

Fullständiga uppgifter om utvinning finns här.

Genom att kräva att validerare investerar i datorutrustning och täcker de löpande kostnaderna för att driva dem är idén bakom PoW att potentiella illvilliga aktörer skulle avskräckas från att göra den ansträngningen. På liknande sätt innebär incitamentsstrukturen för blockbelöningar – de belöningar som ges om man vinner utvinningstävlingen – att ärligt deltagande kan kompenseras väl.

Beträffande säkerhet gäller att när fler utvinnare går med i nätverket och utrustningen blir mer avancerad, stiger kostnaden för att attackera bitcoin-blockkedjan exponentiellt. Detta beror på att en gärningsman skulle behöva skaffa en extremt stor mängd datorkraft för att få 51 % majoritet över resten av nätverket. Inte ens då finns någon garanti för att de skulle vinna utvinningstävlingen var tionde minut för att framgångsrikt etablera en ogiltig kedja av nya block.

Bevis på insats är en relativt ny typ av konsensusmekanism som introducerades av Sunny King och Scott Nadal 2012. Precis som bevis på arbete uppfyller PoS samma viktiga mål för en konsensusmekanism men på ett helt annat sätt.

För att bli validerare på en PoS-baserad blockkedja krävs det att deltagarna köper och låser en mängd av det aktuella projektets inbyggda kryptovaluta i ett smart kontrakt. Detta kallas staking.

Ett smart kontrakt för staking fungerar i grunden som ett depositionskonto och låser upp token under en fast eller variabel tidsperiod beroende på de specifika villkoren för varje blockkedjeprotokoll.

Validerare väljs slumpmässigt av protokollet för att föreslå nya block inom angivna tidsfönster – ofta kallade epoker. Stakare kan öka sannolikheten att bli utvalda för att föreslå nya block genom att öka mängden token eller mynt de lägger på staking.

Detta system fungerar ungefär som ett lotterisystem. Ju fler lotter du har, desto högre är oddsen att vinna jackpotten. Men det finns som sagt ingen garanti för att du vinner varje gång, precis som i ett lotteri. Någon med en enda lott kan fortfarande slå någon med tusentals lotter. Detta gäller även för kryptostaking.

Peercoin var den första kryptovaluta som hade denna mekanism, även om Ethereum kanske är det mest kända exemplet på en PoS-blockkedja efter att den genomförde sin övergång från PoW 2022.

Förutom att låsa upp token administrerar vissa PoS-konsensusmekanismer som den Ethereum använder straff för oärligt beteende genom en process som kallas ”slashing”. 

Om protokollet misstänker skadlig aktivitet kan en persons låsta medel konfiskeras, eller bli ”slashade”, delvis eller helt utan varning. Detta avskräcker effektivt dåligt beteende och hjälper till att säkerställa att alla nätverksdeltagare följer reglerna.

Utöver PoW och PoS har det uppstått dussintals olika konsensusmekanismer som representerar nya eller hybridiserade versioner av de ovannämnda mekanismerna. Alla försöker lösa det bysantinska generalsproblemet på olika sätt. De omfattar:

• Bevis på aktivitet (PoA)
• Bevis på historik (PoH)
• Bevis på betydelse (PoI)
• Bevis på kapacitet (PoC)
• Bevis på bränning (PoB)
• Bevis på auktoritet (PoA)
• Delegerat bevis på insats (DPoS)
• Bevis på förfluten tid (PoET)

Även om det inte finns någon tydlig vinnare när det gäller den bästa konsensusmekanismen anser många att PoS- och PoW-systemen är de mest effektiva.

De främsta fördelarna med PoW (utvinning) jämfört med PoS (staking) är att det ger betydligt större säkerhet mot 51 %-majoritetsattacker. Stora mängder energi förbrukas dock gemensamt av utvinnare för att uppnå denna höga säkerhet, vilket många miljöaktivister, myndigheter och globala företag har uttryckt stor oro över under de senaste åren. Energianvändningen för PoW är ett komplext tema som vi behandlade närmare i vår artikel Avslöja kryptomyter: ”Bitcoin förstör miljön.”

PoS å sin sida är betydligt mer energieffektivt. Inga elslukande maskiner krävs för att staka och flera block kan valideras samtidigt genom skalningslösningar som sharding. 

Trots det är ingen av dem perfekt och båda har sina egna centraliseringsproblem. I båda fallen kan de med mest pengar få en orättvis fördel jämfört med andra deltagare i nätverket.

I PoW-system dominerar stora utvinningsföretag branschen och gör det ekonomiskt orimligt för små hobbyutvinnare att delta. 

I PoS-system är de som stakar stora mängder token mycket mer benägna att föreslå nya block och tjäna belöningar än alla andra i nätverket.

Trots det kan det hävdas att detta är en naturlig biprodukt av de flesta, om inte alla, konsensusmekanismer.

Nu när du vet allt om konsensusmekanismer, är du redo att ta nästa steg och köpa lite kryptovaluta med Kraken? Klicka på knappen nedan för att investera i kryptovaluta på Kraken i dag!