Co To jest algorytm konsensusu Blockchain?

wprowadzenie

algorytm konsensusu jest mechanizmem, który pozwala użytkownikom lub maszynom koordynować w rozproszonym otoczeniu. Musi się upewnić, że wszyscy agenci w systemie mogą uzgodnić Jedno źródło prawdy, nawet jeśli niektórzy agenci zawiodą. Innymi słowy, system musi być odporny na błędy (Zobacz też: bizantyjska tolerancja błędów wyjaśniona).

w scentralizowanej konfiguracji jeden podmiot ma władzę nad systemem. W większości przypadków mogą wprowadzać zmiany według własnego uznania-nie ma jakiegoś złożonego systemu zarządzania, który pozwoliłby osiągnąć konsensus wśród wielu administratorów.

ale w zdecentralizowanej konfiguracji to zupełnie inna historia. Powiedzmy, że pracujemy z rozproszoną bazą danych-jak dojść do porozumienia co do tego, jakie wpisy zostaną dodane?

pokonanie tego wyzwania w środowisku, w którym obcy sobie nie ufają, było być może najważniejszym rozwojem torującym drogę dla sieci blockchain. W tym artykule przyjrzymy się, w jaki sposób algorytmy konsensusu są niezbędne do funkcjonowania kryptowalut i rozproszonych ksiąg.

algorytmy konsensusu i kryptowaluta

w kryptowalutach salda użytkowników są rejestrowane w bazie danych-łańcuchu bloków. Ważne jest, aby każdy (a dokładniej każdy węzeł) przechowywał identyczną kopię bazy danych. W przeciwnym razie wkrótce otrzymasz sprzeczne informacje, podważając cały cel sieci kryptowalut.

Kryptografia klucza publicznego zapewnia, że użytkownicy nie mogą wydawać swoich monet. Ale nadal musi istnieć Jedno źródło prawdy, na którym opierają się uczestnicy sieci, aby móc określić, czy fundusze zostały już wydane.

Satoshi Nakamoto, twórca Bitcoina, zaproponował system Proof of Work do koordynowania uczestników. Wkrótce przyjrzymy się temu, jak działa PoW – na razie zidentyfikujemy niektóre wspólne cechy wielu istniejących algorytmów konsensusu.

po pierwsze, wymagamy od użytkowników, którzy chcą dodawać bloki (nazywamy ich walidatorami), podania stawki. Stawka jest pewnego rodzaju wartością, którą walidator musi przedstawić, co zniechęca go do nieuczciwego działania. Jeśli będą oszukiwać, stracą swoją stawkę. Przykłady obejmują moc obliczeniową, kryptowaluta, a nawet reputację.

po co mieliby ryzykować własnymi środkami? Jest też nagroda. Zazwyczaj składa się ona z natywnej kryptowaluty protokołu i składa się z opłat płaconych przez innych użytkowników, świeżo wygenerowanych jednostek kryptowaluty lub obu tych rodzajów.

ostatnia rzecz, jakiej potrzebujemy,to przejrzystość. Musimy być w stanie wykryć, kiedy ktoś oszukuje. Idealnie, powinno być kosztowne dla nich do produkcji bloków, ale tanie dla każdego, aby je potwierdzić. Zapewnia to, że walidatory są kontrolowane przez zwykłych Użytkowników.

rodzaje algorytmów konsensusu

Proof of Work (PoW)

Proof of Work (PoW) jest ojcem chrzestnym algorytmów konsensusu w sieci blockchain. Został on po raz pierwszy zaimplementowany w bitcoinie, ale rzeczywista koncepcja istnieje już od jakiegoś czasu. W Proof of Work walidatorzy (zwani minerami) haszują dane, które chcą dodać, dopóki nie stworzą konkretnego rozwiązania.

skrót jest pozornie losowym ciągiem liter i cyfr, który jest tworzony podczas uruchamiania danych przez funkcję skrótu. Ale jeśli uruchomisz te same dane ponownie, zawsze skończysz z tym samym wyjściem. Zmień chociaż jeden szczegół, a Twój hash będzie zupełnie inny.

patrząc na wyjście, nie można powiedzieć, jakie informacje zostały wprowadzone do funkcji. Są więc przydatne do udowodnienia, że znałeś dane przed określonym czasem. Możesz podać komuś jego hash, a kiedy później ujawnisz dane, ta osoba może uruchomić je przez funkcję, aby upewnić się, że wynik jest taki sam.

w Proof of Work, protokół określa warunki, co sprawia, że blok jest ważny. Może na przykład powiedzieć, że tylko blok, którego hash zaczyna się od 00, będzie ważny. Jedynym sposobem dla górnika, aby utworzyć taki, który pasuje do tej kombinacji jest brute-force wejścia. Mogą dostosować parametr w swoich danych, aby uzyskać inny wynik dla każdego odgadnięcia, dopóki nie uzyskają odpowiedniego skrótu.

w przypadku głównych sieci blockchain poprzeczka jest niezwykle wysoka. Aby konkurować z innymi górnikami, potrzebujesz magazynu pełnego specjalnego sprzętu hashującego (ASIC), aby mieć szansę na wyprodukowanie ważnego bloku.

Twoja stawka, podczas wydobycia, jest kosztem tych maszyn i energii elektrycznej potrzebnej do ich uruchomienia. ASIC są zbudowane w jednym celu, więc nie mają zastosowania w aplikacjach poza wydobywaniem kryptowalut. Jedynym sposobem na odzyskanie początkowej inwestycji jest wydobycie, co daje znaczną nagrodę, jeśli pomyślnie dodasz nowy blok do łańcucha bloków.

to trywialne dla sieci, aby sprawdzić, czy rzeczywiście utworzyłeś odpowiedni blok. Nawet jeśli próbowałeś bilionów kombinacji, aby uzyskać odpowiedni hash, wystarczy, że raz uruchomisz dane za pomocą funkcji. Jeśli Twoje dane wygenerują prawidłowy hash, zostanie on zaakceptowany, a otrzymasz nagrodę. W przeciwnym razie sieć go odrzuci, a ty stracisz czas i energię elektryczną na nic.

Proof of Stake (PoS)

Proof of Stake (POS) został zaproponowany we wczesnych dniach Bitcoina jako alternatywa dla Proof of Work. W systemie PoS nie ma koncepcji górników, specjalistycznego sprzętu ani masowego zużycia energii. Wszystko czego potrzebujesz to zwykły komputer.

cóż, nie wszystkie. Nadal musisz dodać trochę skóry do gry. W PoS nie przedstawiasz zewnętrznego zasobu (takiego jak energia elektryczna lub sprzęt), ale wewnętrznego – kryptowaluty. Zasady różnią się w zależności od protokołu, ale zazwyczaj istnieje minimalna kwota środków, które musisz posiadać, aby kwalifikować się do stakingu.

stamtąd zamykasz swoje środki w portfelu (nie można ich przenieść podczas stakowania). Zazwyczaj uzgadniasz z innymi weryfikatorami, jakie transakcje zostaną przeniesione do następnego bloku. W pewnym sensie obstawiasz blok, który zostanie wybrany, a protokół wybierze jeden.

jeśli twój blok zostanie wybrany, otrzymasz część opłat transakcyjnych, w zależności od stawki. Im więcej środków zamknąłeś, tym więcej możesz zyskać. Ale jeśli spróbujesz oszukać, proponując nieprawidłowe transakcje, stracisz część (lub całość) swojej stawki. Dlatego mamy podobny mechanizm do PoW – uczciwe działanie jest bardziej opłacalne niż nieuczciwe.

Ogólnie rzecz biorąc, nie ma świeżo utworzonych monet w ramach nagrody dla walidatorów. Rodzima waluta sieci blockchain musi więc zostać wyemitowana w inny sposób. ICO lub IEO) lub poprzez uruchomienie protokołu z PoW przed późniejszym przejściem do PoS.

do tej pory czysty dowód stawki został wdrożony tylko w mniejszych kryptowalutach. Dlatego nie jest jasne, czy może służyć jako realna alternatywa dla PoW. Choć teoretycznie wydaje się to brzmieć, w praktyce będzie zupełnie inaczej.

po wdrożeniu PoS w sieci o dużej wartości, system staje się polem gry teorii gier i zachęt finansowych. Każdy, kto ma wiedzę na temat “hakowania” Systemu PoS, prawdopodobnie zrobiłby to tylko wtedy, gdyby mógł na tym zyskać – dlatego jedynym sposobem na sprawdzenie, czy jest to wykonalne, jest sieć NA ŻYWO.

wkrótce zobaczymy PoS testowany na dużą skalę – Casper zostanie zaimplementowany w ramach serii aktualizacji do sieci Ethereum (znanej łącznie jako Ethereum 2.0).

inne algorytmy konsensusu

Proof of Work I Proof of Stake są najczęściej dyskutowanymi algorytmami konsensusu. Ale jest wiele innych, wszystkie z własnymi zaletami i wadami. Sprawdź następujące artykuły:

• opóźniony dowód pracy wyjaśniony
• wynajęty dowód udziału wyjaśniony
• dowód władzy wyjaśniony
• dowód poparzenia wyjaśniony
• delegowany dowód udziału wyjaśniony
• Hybrydowy konsensus PoW/PoS wyjaśniony

mechanizmy osiągania konsensusu są niezbędne do funkcjonowania systemów rozproszonych. Wielu uważa, że największą innowacją w bitcoinie było użycie dowodu pracy, aby umożliwić użytkownikom uzgodnienie wspólnego zestawu faktów.

algorytmy konsensusu stanowią dziś podstawę nie tylko cyfrowych systemów pieniężnych, ale także sieci blockchain, które umożliwiają programistom uruchamianie kodu w rozproszonej sieci. Są one obecnie kamieniem węgielnym technologii blockchain i mają kluczowe znaczenie dla długoterminowej żywotności różnych istniejących sieci.

spośród wszystkich algorytmów konsensusu, Proof of Work pozostaje ofertą dominującą. Nie zaproponowano jeszcze bardziej niezawodnej i bezpiecznej alternatywy. Mimo to, jest ogromna ilość badań i rozwoju nad zamiennikami dla PoW, i prawdopodobnie zobaczymy więcej z nich na powierzchni w nadchodzących latach.