Czym jest mechanizm konsensusu w blockchainie?

Wyobraź sobie, że jesteś dowódcą armii składającej się z kilku plutonów żołnierzy, a każdy z nich znajduje się w innym punkcie zrzutu. Planujesz zaatakować pojedynczą strefę ufortyfikowaną w określonym czasie. W tym celu musisz kierować każdym plutonem, aby upewnić się, że wszyscy znają właściwy czas, lokalizację i plan działania.

Ale to stwarza szereg problemów. Co jeśli jeden lub więcej plutonów zdecyduje się wycofać w ostatniej chwili? Co jeśli za wcześnie zaatakują? A co jeśli trafią w niewłaściwe miejsce? Co jeśli w plutonie są zdrajcy, którzy próbują sabotować plan? 

W celu zapewnienia skuteczności ataku niezbędne jest, aby wszyscy doszli do jednomyślnego porozumienia – znanego również jako osiągnięcie konsensusu – odnośnie do planu. Przykład ten opiera się na problemie bizantyjskich generałów – koncepcji opublikowanej w artykule z 1982 roku, która ilustruje problemy budowania solidnego systemu komunikacji, w którym jego uczestnicy mogą działać nieuczciwie. 

Bitcoin stał się pierwszym zdecentralizowanym systemem, który rozwiązał ten długoletni problem poprzez wdrożenie rozwiązania, które nazywa się mechanizmem konsensusu.

Mechanizm konsensusu w blockchainie to rodzaj zautomatyzowanego systemu, którego celem jest osiągnięcie dwóch głównych celów.

1. Upewnienie się, że rozproszona, pozbawiona lidera społeczność walidatorów sieci jest w stanie wydajnie i jednomyślnie zaakceptować nowe i istniejące dane w rejestrze blockchaina.
    
2. Upewnienie się, że wszyscy walidatorzy sieci przestrzegają zasad protokołu i uczciwie pełnią swoje role.

Walidacja danych oznacza zweryfikowanie, czy nowa informacja jest dokładna i ważna. Jest to niezwykle ważne w zdecentralizowanym systemie, szczególnie w zdecentralizowanym systemie pieniężnym. Jeśli nieważne informacje o transakcji zostaną dodane do blockchaina, takie jak fałszywe saldo lub transakcja z podwójnym wydatkiem, całkowicie podważa to integralność tej bazy danych.

Bez integralnej bazy danych nikt by nie ufał temu systemowi i nikt by go nie używał.

Istnieje również jeden inny kluczowy problem, który rozwiązują mechanizmy konsensusu: bezpieczeństwo sieci. 

Satoshi Nakamoto, twórca Bitcoina, był pierwszym, który uznał, że mechanizmy konsensusu mogą również pełnić funkcję skutecznego systemu odstraszającego złych aktorów od próby przejęcia sieci poprzez atak większościowy (zyskując kontrolę nad ponad 50% sieci). Była to rewolucyjna innowacja, która pomogła umocnić protokół Bitcoin jako pierwszą globalnie opłacalną kryptowalutę zdecentralizowaną.

Chociaż istnieje wiele rodzajów mechanizmów konsensusu używanych przez różne blockchainy, większość z nich zasadniczo wymaga, aby węzły walidatory dokonywały jakiejś inwestycji i/lub wykazały się pewnym wysiłkiem, zanim otrzymają prawo do proponowania i walidacji nowych bloków danych.

Pomysł stojący za tą koncepcją jest niezwykle prosty. Istnieje mniejsze prawdopodobieństwo, że walidatorzy, którzy zainwestowali swój czas i pieniądze, aby uczestniczyć w sieci, spróbują ją uszkodzić, ponieważ mają sporo do stracenia.

W skrócie, mechanizmy konsensusu to po prostu systemy, które zachęcają walidatorów do przestrzegania zasad poprzez przymus (zagrożenie karą) i/lub zachętę (zdobywanie nagród za dobre zachowanie).

Jak już wspomnieliśmy, istnieje wiele różnych metod wykorzystywanych przez poszczególne blockchainy, aby osiągnąć konsensus w dzisiejszej branży kryptowalut.

Jednak dwie najbardziej popularne są znane jako mechanizmy konsensusu proof-of-work (PoW) i proof-of-stake (PoS).

Proof-of-work to mechanizm konsensusu stosowany przez Bitcoina i szeroką gamę innych kryptowalut. 

Koncepcję początkowo opracowaną w 1993 roku przez informatyków Cynthię Dwork i Moniego Naora jako środek zapobiegania spamowi e-mail. Nakamoto wykorzystał ją i dostosował do użycia w zdecentralizowanym systemie pieniężnym.

PoW wymaga od walidatorów, zwanych „górnikami”, kupowania, wypożyczania lub outsourcowania sprzętu obliczeniowego i wykorzystywania tej mocy do wygrania rywalizacji opartej na kryptografii w zamian za nagrody. Proces ten jest powszechnie znany jako kopanie kryptowalut.

Szczegółowe informacje dotyczące kopania można znaleźć tutaj.

Nakładająca obowiązek inwestowania w sprzęt obliczeniowy i pokrywania bieżących kosztów związanych z jego uruchomieniem na walidatorów, koncepcja PoW sprawia, że potencjalni szkodliwi agenci zostaną zniechęceni złożonością procesu. Struktura motywacyjna nagród blokowych – nagród uzyskanych z wygranej w rywalizacji górniczej – oznacza również , że uczciwe uczestnictwo może być dobrze wynagrodzone.

W związku z tym, że coraz więcej górników dołącza do sieci i zwiększa się poziom zaawansowana sprzętu, zapewniane zabezpieczanie sprawiają, że koszt ataku na blockchain Bitcoin wzrasta wykładniczo. Dzieje się tak dlatego, że sprawca musiałby mieć bardzo dużą ilość mocy obliczeniowej, aby uzyskać większość (51%) w stosunku do reszty sieci. Nawet wtedy nie byłoby gwarancji, że będzie wygrywał rywalizację górniczą co dziesięć minut, aby z powodzeniem 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 proof-of-work, PoS realizuje te same kluczowe cele mechanizmu konsensusu, ale w znacznie inny sposób.

Aby stać się walidatorem w blockchainie opartym na PoS, uczestnicy są zobowiązani do zakupu i zablokowania określonej ilości natywnej kryptowaluty odpowiedniego projektu w ramach kontraktu smart. Jest to znane jako staking.

Staking w ramach kontraktu smartzasadniczo działa jak rachunek powierniczy i blokuje tokeny na stały lub zmienny okres w zależności od konkretnych warunków danego protokołu blockchain.

Walidatorzy są wybierani losowo przez protokół, aby zaproponować nowe bloki wewnątrz ustalonych ram czasowych, często nazywanych epokami. Stakerzy mogą zwiększyć prawdopodobieństwo, że zostaną wybrani do zaproponowania nowych bloków, zwiększając liczbę tokenów lub coinów, które stakują.

System ten działa podobnie jak system loterii – im więcej losów kupisz, tym większe są Twoje szanse na wygraną. Nie masz jednak gwarancji, że wygrasz za każdym razem – tak samo jak w przypadku loterii. Ktoś z jednym losem może pokonać kogoś z tysiącami losów na loterię. To samo dotyczy stakowania kryptowalut.

Peercoin był pierwszą kryptowalutą, która stosowała ten mechanizm, chociaż Ethereum jest być może najbardziej znanym przykładem blockchaina PoS po zakończeniu jego przejścia z PoW w 2022 r.

Oprócz zablokowania tokenów, niektóre mechanizmy konsensusu PoS, takie jak te wykorzystywane przez Ethereum, stosują kary za nieuczciwe zachowanie poprzez proces zwany „slashingiem”. 

Jeśli protokół podejrzewa złośliwą działalność, zablokowane środki finansowe danej osoby mogą zostać konfiskowane lub „przejęte”, częściowo lub w całości bez żadnego ostrzeżenia. Zniechęca to do złego zachowania i pomaga zagwarantować, że wszyscy uczestnicy sieci będą przestrzegali zasad.

Poza PoW i PoS pojawiły się dziesiątki różnych mechanizmów konsensusu, które reprezentują nowe lub hybrydowe wersje wyżej wymienionych mechanizmów. Każdy z nich próbuje rozwiązać problem generałów bizantyjskich na różne sposoby. Obejmuje to:

• 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)

Chociaż nie ma wyraźnego zwycięzcy pod względem najlepszego mechanizmu konsensusu, wielu uważa systemy PoS i PoW za najbardziej skuteczne.

Główną zaletą PoW (kopanie) w porównaniu z PoS (staking) jest to, że zapewnia on znacznie większe bezpieczeństwo przed atakami większościowymi 51%. Jednak ogromne ilości energii są zbiorowo zużywane przez górników, aby osiągnąć ten wysoki poziom bezpieczeństwa. Jest to kwestia, wobec której w ostatnich latach wielu ekologów, organów regulacyjnych i globalnych firm wyraziło duże obawy. Zużycie energii przez mechanizm PoW jest złożonym tematem, który omówiliśmy bardziej szczegółowo w naszym artykule Obalamy mity na temat krypto: „Bitcoin niszczy środowisko”.

Z drugiej strony mechanizm PoS jest znacznie bardziej energooszczędny. Nie wymaga sprzętu pochłaniającego energię elektryczną, a wiele bloków może być walidowanych w tandemie za pomocą rozwiązań skalujących, takich jak sharding. 

Trzeba przyznać, że żaden z nich nie jest doskonały i oba mają swoje własne problemy z centralizacją. W obu przypadkach ci, którzy mają najwięcej pieniędzy, mogą uzyskać nieuczciwą przewagę nad innymi uczestnikami w sieci.

W systemach PoW duże firmy górnicze dominują w branży i sprawiają, że uczestnictwo małych, hobbystycznych górników w rynku staje się nieopłacalne finansowo. 

W systemach PoS istnieje znacznie większe prawdopodobieństwo, że użytkownicy, którzy stakują ogromną liczbę tokenów zaproponują nowe bloki i zdobędą nagrody przed wszystkimi innymi uczestnikami sieci.

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

Teraz wiesz już wszystko o mechanizmach konsensusu. Czy chcesz zrobić kolejny krok i kupić trochę kryptowalut na platformie Kraken? Kliknij poniższy przycisk, aby już dziś zainwestować w kryptowaluty na platformie Kraken!