Что такое механизм консенсуса блокчейна?

Представьте, что вы командующий армией, состоящей из нескольких взводов солдат, каждый из которых находится в разных точках высадки. Вы планируете атаковать одну укрепленную область в определенное время. Для этого вы должны координировать свои действия с каждым из ваших взводов, чтобы убедиться, что все они знают правильное время, местоположение и план действий.

Но это создает ряд проблем. Что, если один или несколько взводов решат отступить в последнюю минуту? Что, если они атакуют слишком рано? Что, если они прибудут не в то место? Что, если во взводе есть предатели, которые попытаются саботировать план? 

Чтобы атака сработала, крайне важно, чтобы все достигли единогласного соглашения — также известного как консенсус — о том, каков план. Этот пример основан на проблеме византийских генералов; концепции, опубликованной в статье 1982 года, которая иллюстрирует проблемы построения надежной системы связи, где предполагается, что участники этой системы могут действовать нечестно. 

Биткойн стал первой децентрализованной системой, решившей эту давнюю проблему путем внедрения так называемого механизма консенсуса.

Механизм консенсуса блокчейна — это тип автоматизированной системы, которая преследует две основные цели.

1. Обеспечить, чтобы распределенное, безлидерное сообщество сетевых валидаторов могло эффективно и единогласно согласовывать новые и существующие данные в реестре блокчейна.
    
2. Обеспечить, чтобы все сетевые валидаторы следовали правилам протокола и честно выполняли свои роли.

Проверка данных относится к проверке точности и достоверности новой информации. Это невероятно важно в децентрализованной системе, особенно в децентрализованной денежной системе. Если недействительная информация о транзакции будет добавлена в блокчейн, например, ложный баланс или транзакция с двойной тратой, это полностью подорвет целостность этой базы данных.

Без целостной базы данных никто не будет ей доверять, и никто не будет ею пользоваться.

Существует также еще одна ключевая проблема, которую механизмы консенсуса призваны решить: безопасность сети. 

Сатоши Накамото, создатель Биткойна, первым признал, что механизмы консенсуса также могут служить эффективной системой для предотвращения попыток злоумышленников захватить сеть посредством атаки большинства (получения контроля над более чем 50% сети). Это было революционным нововведением, которое помогло закрепить протокол Биткойна как первую глобально жизнеспособную децентрализованную криптовалюту.

Хотя существует множество типов механизмов консенсуса, используемых различными блокчейнами, большинство из них фундаментально работают, требуя от узлов-валидаторов определенных инвестиций и/или затрат усилий, прежде чем им будет предоставлено право предлагать и проверять новые блоки данных.

Идея этого проста. Валидаторы, которые вложили свое время и деньги в участие в сети, теоретически менее склонны пытаться ее испортить, потому что им есть что терять в этом случае.

Короче говоря, механизмы консенсуса — это просто системы, которые побуждают валидаторов соблюдать правила посредством принуждения (угроза наказания) и/или стимулирования (получение вознаграждения за хорошее поведение).

Как мы уже упоминали, существует множество различных методов, используемых различными блокчейнами для достижения консенсуса в современной криптоиндустрии.

Однако два наиболее популярных известны как механизмы консенсуса доказательства работы (PoW) и доказательства доли (PoS).

Доказательство работы (Proof-of-work) — это механизм консенсуса, используемый Биткойном и широким спектром других криптовалют. 

Впервые разработанный в 1993 году учеными-компьютерщиками Синтией Дворк и Мони Наор как средство предотвращения спама по электронной почте, Накамото взял эту концепцию и адаптировал ее для использования в децентрализованной денежной системе.

PoW работает, требуя от валидаторов, называемых «майнерами», покупать, арендовать или передавать на аутсорсинг вычислительное оборудование и направлять эту мощность на победу в криптографическом соревновании в обмен на вознаграждение. Этот процесс более известен как криптомайнинг.

Полную информацию о майнинге можно найти здесь.

Требуя от валидаторов инвестировать в вычислительное оборудование и покрывать текущие расходы, связанные с его эксплуатацией, идея PoW заключается в том, что потенциальные злоумышленники будут отпугнуты от всех этих усилий. Аналогично, структура стимулирования вознаграждений за блоки — вознаграждений, полученных за победу в соревновании по майнингу — означает, что честное участие может быть хорошо вознаграждено.

С точки зрения обеспечения безопасности, по мере того как к сети присоединяется все больше майнеров и повышается сложность оборудования, стоимость атаки на блокчейн Биткойна экспоненциально возрастает. Это связано с тем, что злоумышленнику пришлось бы получить чрезвычайно большое количество вычислительной мощности, чтобы получить 51% большинство над остальной частью сети. Даже в этом случае не было бы никакой гарантии, что они будут выигрывать соревнование по майнингу каждые десять минут, чтобы успешно создать недействительную цепочку новых блоков.

Доказательство доли (Proof-of-stake) — это относительно новый тип механизма консенсуса, впервые предложенный Санни Кингом и Скоттом Надалем в 2012 году. Как и доказательство работы, PoS выполняет те же ключевые задачи механизма консенсуса, но уникальным образом.

Чтобы стать валидатором в блокчейне на основе PoS, участники должны приобрести и заблокировать определенное количество нативной криптовалюты соответствующего проекта в смарт-контракте. Это известно как стейкинг.

Стейкинговый смарт-контракт по сути действует как эскроу-счет и блокирует токены на фиксированный или переменный срок в зависимости от конкретных условий каждого протокола блокчейна.

Валидаторы выбираются протоколом случайным образом для предложения новых блоков в течение установленных временных интервалов, часто называемых эпохами. Стейкеры могут увеличить вероятность выбора для предложения новых блоков, увеличивая количество токенов или монет, которые они выделяют для стейкинга.

Эта система работает аналогично лотерейной системе, где чем больше у вас билетов, тем выше ваши шансы на выигрыш джекпота. Но опять же, нет гарантии, что вы будете выигрывать каждый раз, как и в лотерее. Кто-то с одним билетом все еще может обыграть кого-то с тысячами лотерейных билетов. То же самое относится и к криптостейкингу.

Peercoin был первой криптовалютой, использующей этот механизм, хотя Ethereum, пожалуй, является наиболее известным примером блокчейна PoS после завершения его перехода от PoW в 2022 году.

В дополнение к блокировке токенов, некоторые механизмы консенсуса PoS, такие как тот, что используется Ethereum, предусматривают штрафы за нечестное поведение посредством процесса, называемого «слэшингом». 

Если протокол подозревает вредоносную активность, заблокированные средства человека могут быть конфискованы или «слэшнуты» частично или полностью без предупреждения. Это принудительно отговаривает от плохого поведения и помогает гарантировать, что все участники сети соблюдают правила.

Помимо PoW и PoS, появились десятки различных механизмов консенсуса, которые представляют собой новые или гибридные версии вышеупомянутых механизмов. Каждый из них пытается решить проблему византийских генералов различными способами. К ним относятся:

• Доказательство активности (Proof-of-Activity, PoA)
• Доказательство истории (Proof-of-History, PoH)
• Доказательство важности (Proof-of-Importance, PoI)
• Доказательство емкости (Proof-of-Capacity, PoC)
• Доказательство сжигания (Proof-of-Burn, PoB)
• Доказательство полномочий (Proof-of-Authority, PoA)
• Делегированное доказательство доли (Delegated Proof-of-Stake, DPoS)
• Доказательство истекшего времени (Proof-of-Elapsed Time, PoET)

Хотя нет явного победителя в плане лучшего механизма консенсуса, многие считают системы PoS и PoW наиболее эффективными.

Основное преимущество PoW (майнинга) перед PoS (стейкингом) заключается в том, что он обеспечивает значительно большую безопасность от атак 51% большинства. Однако для достижения этой высокой безопасности майнеры коллективно потребляют огромное количество энергии; это вызывает серьезную озабоченность у многих экологов, регуляторов и мировых компаний в последние годы. Энергопотребление PoW — сложная тема, которую мы более подробно обсудили в нашей статье Развенчиваем криптомифы: «Биткойн разрушает окружающую среду».

PoS, с другой стороны, значительно более энергоэффективен. Для стейкинга не требуются энергоемкие машины, и несколько блоков могут быть проверены одновременно с помощью таких решений для масштабирования, как шардинг. 

Тем не менее, ни один из них не идеален, и оба имеют свои проблемы централизации. В обоих случаях те, у кого больше всего денег, могут получить несправедливое преимущество перед другими участниками сети.

В системах PoW крупные майнинговые компании доминируют в отрасли и делают финансово невыгодным участие для мелких майнеров-любителей. 

В системах PoS те, кто стейкает огромное количество токенов, гораздо чаще предлагают новые блоки и получают вознаграждения по сравнению со всеми остальными в сети.

Тем не менее, можно утверждать, что это естественный побочный продукт большинства, если не всех, механизмов консенсуса.

Теперь, когда вы знаете все о механизмах консенсуса, готовы ли вы сделать следующий шаг и купить криптовалюту с Kraken? Нажмите кнопку ниже, чтобы инвестировать в криптовалюту на Kraken сегодня!