Blockchain алгоритм: что это и какие бывают

Содержание

что это и какие бывают — Крипто на vc.ru

1983
просмотров

Блокчейн

В отличие от обычной базы данных, администрируемой централизованно, блокчейн представляет собой одноранговую децентрализованную сеть, с которой может взаимодействовать любой участник. Классический блокчейн построен на криптографии и представляет из себя последовательную цепочку блоков данных. Блоки записываются один за другим, и в зависимости от того, каким именно образом они записываются в цепочку, блокчейн обладает теми или иными определенными базовыми свойствами. Каждый следующий блок “запирает” предыдущий, поэтому данные в цепочке не могут быть изменены «задним числом», иначе пришлось бы переписывать весь блокчейн.

Большинство блокчейнов децентрализованы, то есть в сети присутствует какое-то количество независимых друг от друга компьютеров (узлов), которые и отвечают за запись в цепочку новых блоков, они формируют блокчейн и поддерживают его работоспособность.

Для того, чтобы система работала и, учитывая, что узлы блокчейна не зависят друг от друга, очевидно, что у каждого узла должны быть определённые правила, согласно которым он осуществляет валидацию транзакций и запись блоков в цепочку. При этом эти правила должны быть едины для всех узлов. Так и есть. Эти правила называются алгоритмом консенсуса блокчейна.

Алгоритм консенсуса блокчейна — это совокупность принципов и правил, благодаря которым все участвующие в сети узлы (ноды) автоматически приходят к консенсусу о текущем состоянии сети. Таким образом гарантируется безопасность сети, то есть достоверность всех хранящихся в ней данные.

Кто, кому и что доказывает?

Несложно заметить, что названия большинства алгоритмов начинаются со слов “доказательство чего-либо” (proof of). Как уже было отмечено выше, каждый следующий блок цепи “запирает” предыдущий, так обеспечивается безопасность данных в блокчейне. Каждый новый блок добывается одним из узлов сети и транслируется всем остальным узлам. Для того, чтобы этот блок был принят и записан в блокчейн, узел предоставляет остальным участникам определенные доказательства. Какие именно доказательства — зависит от алгоритма.

На сегодня существует определенное количество алгоритмов консенсуса и периодически появляются новые. Разные алгоритмы используются в зависимости от конкретных целей и задач, которые ставят перед собой разработчики при построении блокчейна. Основная причина, подталкивающая разработчиков к совершенствованию алгоритмов и разработке новых — это желание решить трилемму блокчейна. Давайте рассмотрим некоторые наиболее распространённые из алгоритмов консенсуса, использующиеся сегодня в блокчейнах.

Разнообразие алгоритмов консенсуса блокчейна

Proof-of-Work (PoW)

Это самый известный и один из самых распространённых алгоритмов консенсуса. По сути с этого алгоритма и началось развитие отрасли. Proof-of-Work расшифровывается как «доказательство работы».

При формировании очередного блока узел (майнер) выполняет большое количество математических расчетов по поиску хеша криптографической функции, который в свою очередь предоставляет сети в качестве доказательства проделанной работы (вычислений).

PoW стал прорывом для своего времени и позволил запустить первые криптовалюты. Алгоритм PoW используется, например, в блокчейне Bitcoin. Он обеспечивает отличный уровень децентрализации (любой желающий может присоединиться к сети и стать майнером) и безопасности (Bitcoin практически невозможно взломать, объём вычислительных мощностей, понадобившихся бы для взлома, на практике сегодня просто невозможно собрать). Это основные преимущества алгоритма PoW, но есть и недостатки:

высокие затраты электроэнергии. С ростом сети и особенно, если алгоритмом предусмотрена какая-нибудь инфляционная модель, сложность майнинга увеличивается, компьютеры потребляют больше энергии, соответственно растут и совокупные энергозатраты сети
низкая пропускная способность. Необходимость выполнения большого количества вычислений требует существенных временных затрат, поэтому пропускная способность сети при реализации алгоритма PoW невысока
высокие комиссии. С развитием сетей на PoW появился эффект централизации. Отдельные майнеры стали объединяться в пулы для повышения результативности майнинга, сложность майнинга стала повышаться, комиссии за транзакции стали избыточно высокими для массового использования

Недостатки базового аглоритма PoW стимулировали сообщество к поиску поиску новых решений, так стали появляться новые алгоритмы консенсуса.

Proof-of-Stake (PoS)

Второй по популярности алгоритм консенсуса, расшифровывается как «доказательство доли владения». В PoS нет майнинга, вместо вычислительных мощностей в качестве доказательств выступают определенные “замороженные” объемы криптовалют, принадлежащие соответствующим узлам. Эти узлы называются нодами или валидаторами, их объём замороженной криптовалюты — стейком, и чем больше у конкретного узла криптовалюты, тем выше вероятность подтвердить транзакцию, а значит, получить вознаграждение.

На алгоритме PoS работают многие известные блокчейны, например Etherium (версия 2.0, после недавнего перехода с Pow на Pos), Binance Smart Chain, Cardano, Tron и другие.

PoS лишен таких недостатков PoW, как высокое энергопотребление, необходимость специализированного/мощного оборудования. Комиссии в сетях PoS ниже, а пропускная способность гораздо выше. Однако у PoS есть и недостатки. Главный из них — угроза централизации. Есть риск консолидации большого объёма криптовалюты ограниченным количеством валидаторов, в этом случае они будут иметь возможность влиять на сеть.

Delegated Proof-of-Stake (DPoS)

Это разновидность вышеописанного алгоритма PoS, расшифровывается как «делегированное доказательство доли владения». Основное отличие алгоритма от классического Pos — это попытка избавить алгоритм от его основного недостатка, то есть от риска централизации. В DPoS право валидаторов одобрять транзакции делегируется им держателями монет, при этом держатели голосуют за того или иного валидатора. Любой участник сети, обладающий определенным объёмом криптовалюты, может стать валидатором, но также в любой момент голоса за этого валидатора могут быть отозваны в пользу другого. DPoS в свою очередь также не лишён недостатков. В частности, риск представляет низкая активность участников сети, тогда DPoS превращается в PoS, ну и сговор делегатов тоже не исключён.

Среди известных блокчейнов с алгоритмом DPoS такие как EOS, Tezos и другие.

Leased Proof-of-Stake (LPoS)

Этот алгоритм также является модификацией классического PoS, расшифровывается как «арендованное доказательство доли владения». Алгоритм отличается от PoS и DPoS тем, что доля криптовалюты может быть арендована. При LPoS валидаторами могут стать даже мелкие участники. Все участники сети могут передавать (делегировать) свою криптовалюту соответствующим валидаторам. При этом непосредственно переводов не происходит, криптовалюта остаётся в кошельках у владельцев, но замораживается. Естественно токеномикой блокчейнов предусматриваются механизмы мотивации для всех участников сети. LPoS не убирает риск централизации. При этом алгоритме крупные валидаторы могут арендовать достаточное количество криптовалюты для монополизации сети. Пример использования LPoS — блокчейн Waves.

Proof-of-Authority (PoA)

Это алгоритм консенсуса сети, который основывается на “авторитете” валидаторов. Расшифровывается как «доказательство полномочий». В качестве доказательств валидаторы используют собственную репутацию. Валидаторы выбираются участниками сети путём голосования, обычно их количество фиксировано. В отличии от PoS и DPoS валидаторы не получают награды за стейкинг, это основной недостаток PoA, у валидаторов отсутствуют стимулы и мотивации для участия, поэтому чаще всего алгоритм PoA используется в частных блокчейнах, где вопрос децентрализации не сильно актуален.

Proof-of-Importance (PoI)

Этот алгоритм основывается на “значимости” валидатора («доказательство значимости»). При подтверждении транзакций алгоритм принимает во внимание не только объём “замороженных” средств в криптовалюте, но и активность валидатора. Оцениваются такие параметры, как количество проведённых транзакций, время в сети (доступность онлайн). Чем больше доля валидатора и его активность, тем значимее он для сети. Один из примеров блокчейнов, которые используют PoI — NEM.

Proof-of-Space (PoSpace)

Это алгоритм, основанный на дисковом пространстве, он так и расшифровывается: “доказательство пространства”. В качестве основного ресурса для доказательства участники используют свободное пространство своих жёстких дисков, которое резервируется под специальные функции блокчейна, например заполнение хеш-кодами для последующей валидации блоков. На этом алгоритме работает Burstcoin.

Proof-of-Space-Time (PoST)

Это разновидность алгоритма Proof-of-Space, которая учитывает ещё и время. Основная мысль создателей в том, что вклад участников в сеть важно оценивать не только по делегированному дисковому пространству, но также и по затратам времени, на протяжении которого это дисковое пространство было делегировано. На этом алгоритме работает Chia.

Proof-of-Elapsed-Time (PoET)

Это алгоритм консенсуса от компании Intel, расшифровывается как «доказательство затраченного времени». Алгоритм основан на использовании набора инструкций Software Guard Extension центрального процессора Intel. Принцип работы похож на лотерею, при “майнинге” генерируется случайное время ожидания для блока, нода “засыпает” ровно на это время, первая проснувшаяся нода получает право валидации блока. SGX следит за тем, чтобы время выбиралось действительно случайным образом.

Данный алгоритм не распространён, он используется в частных блокчейнах и требует обязательного наличия процессоров Intel с набором инструкций SGX.

Proof-of-Burn (PoB)

Этот алгоритм подразумевает “сжигание” криптовалюты, он так и расшифровывается: “доказательство сжигания”. При PoB майнер отправляет криптовалюту на специальный “тупиковый” кошелёк (к этому кошельку, например, отсутствуют приватные ключи, то есть нет доступа). Таким образом определённый объём криптовалюты выводится из обращения, то есть “сжигается”. После доказательства сжигания для майнера увеличивается вероятность получить право создания следующего блока и, соответственно, получить за это награду.

Для майнинга при PoB не требуется больших вычислительных мощностей, а сжигание криптовалюты стимулирует рост цены этой криптовалюты, потому что как правило эмиссия ограничена. Этот алгоритм очень специфичен, подходит далеко не каждому блокчейну. Он используется, например, в XCP.

Резюме

Потенциал технологии блокчейн не оставляет сомнений в том, что её внедрение и совершенствование будут усиливаться. Для публичных блокчейнов жизненно необходимо сообщество участников, которые обеспечивают работоспособность сети. Алгоритм консенсуса обеспечивает логику функционирования блокчейна и через токеномику стимулирует участников. Существуют различные алгоритмы, каждый из них обладает определенными преимуществами и недостатками. В этой статье рассмотрены одни из самых популярных алгоритмов, кроме указанных выше существуют еще PoWt, PoH, DAG, DBFT, SBFT, PBFT и другие. Разработчики в погоне за решением трилеммы блокчейна совершенствуют алгоритмы консенсуса, разрабатывают новые, поэтому уверен, самое интересное в развитии технологии блокчейн у нас ещё впереди.

Больше информации о криптовалюте, моих инвестициях и сделках в Telegram-канале.

протоколы и алгоритмы консенсуса / Хабр

Всем привет! Для тех, кто уже читал мои посты о блокчейне хочу сказать, что рад вас видеть снова на своей странице. Для тех, с кем мы еще не знакомы, меня зовут Валерий, я junior developer в западном стартапе, приятно познакомиться.

Я как-то уже писал о том, что мы собираем свою “Википедию” о технологиях на крипторынке. Сейчас мой фокус внимания смещен на все составляющие блокчейна, я продвигаюсь снизу вверх, чтобы лучше понять, как это все работает. И вот мне в связи с работой постоянно попадались некоторые обозначения, которые мне поначалу казались синонимами.

Речь идет о протоколах или алгоритмах консенсуса, на которых, собственно, и работает блокчейн. Но этим все не ограничивается, с этими протоколами связано немало терминов, объясняющих их работу. Честно говоря, чтобы изучить протоколы и их составляющие, я потратил довольно много времени и прошерстил немало ресурсов. И я подумал, что добру зря пропадать и решил сделать новую публикацию с моим исследованием.

Столпы, на которые опираются блокчейны

Каждый блокчейн основан на протоколе, а учитывая то, что каждый из блокчейнов служит своей цели, то и количество протоколов явно больше одного. Кстати, блокчейн – это не только про криптовалюты, эти «базы данных» используются и в других сферах и только набирают обороты.

У каждого блокчейна есть свой протокол как некий свод правил и действий, направленных на передачу данных. Блокчейн-протокол – это тот же набор правил, благодаря которому обеспечивается безопасность транзакций в сети того или иного блокчейна. Сети блокчейнов функционируют, потому что они децентрализованы. Это означает, что каждый узел в сети должен проверять транзакции. Узел обычно представляет собой компьютер или подобную систему.

В свою очередь существует алгоритм консенсуса – это механизм, который проверяет верность тех или иных правил, то есть он проверяет, что транзакция верна и протокол соблюден. Какими они бывают и чем отличаются между собой? Их на самом деле много, поэтому мы рассмотрим основные и часто распространенные сценарии.

PoW (Proof-of-Work — Доказательство работы)

Proof-of-Work – алгоритм консенсуса биткоина, породивший, можно сказать, новую профессию на рынке, а именно майнер. Смысл как всегда кроется в названии, для участия в транзакции членам сети требуется решить произвольную математическую головоломку по нахождению хэша (hash) и публично доказать проделанную работу, чтобы избежать обмана системы. Первый, кому посчастливилось найти правильное решение, получает возможность добавить блок в цепочку. Бонусом идет не только добавление нового блока, но и возможность получить награду за проделанную работу, это и является основным мотиватором для участия в данном протоколе.

Хеш-функция — функция, осуществляющая преобразование массива входных данных произвольной длины в выходную битовую строку установленной длины, выполняемое определённым алгоритмом. Преобразование, производимое хеш-функцией, называется хешированием. Результат преобразования называется «хешем».

Благодаря доказательству работы операции с биткоинами и другими криптовалютами могут обрабатываться в одноранговой сети безопасным образом без необходимости в третьей стороне. В данном протоколе можно выделить 2 недостатка:

Процесс вычисления хэша требует большого количества энергии, которое только увеличивается по мере того, как к сети подключается все больше майнеров, а значит в нынешнее время уже не отвечает стандартам экологичности.
Участники данного протокола заинтересованы больше в получении выгоды, чем в развитии сети и поддержании справедливости сети, что в будущем может сказаться на безопасности.

PoS (Proof-of-Stake — Доказательство доли)

Proof-of-Stake создан как альтернатива Proof-of-Work и стремится перекрыть его недостатки, например, огромное энергопотребление. Данный механизм уменьшает объем вычислительной работы, необходимой для проверки блоков и транзакций, которые обеспечивают безопасность блокчейна. Вычислительная мощность (проверка блоков) заменяется стейкингом, в результате чего способность майнинга человека рандомизируется сетью. Владельцы предлагают свои монеты в качестве залога за возможность проверки блоков и становятся «валидаторами». Валидатор проверяет правильность транзакций в блоке. Если все сделано правильно, они добавляет блок к цепочке блоков и получают награду за свой вклад. Однако, если валидатор предлагает добавить заведомо неверный блок, он теряет часть своих стейкинговых активов в качестве штрафа. Примеры использования – NXT, Tezos, Peercoin, Blackcoin.

Стейкинг — это процесс блокировки криптовалютных активов для получения вознаграждения или процентов.

Эти два протокола несомненно очень похожи, ведь их главная цель это добавление новых блоков в блокчейн, но можно выделить ключевое различие:

DPoS (Delegated Proof-of-Stake — Делегированное доказательство доли)

Delegated Proof-of-Stake схож по работе с PoS, за исключением того, что он включает в себя механизм голосования и делегирования, чтобы стимулировать пользователей защищать сеть и проверять блоки с помощью монет, оставленных в качестве залога. Благодаря данному залогу пользователи могут участвовать в голосовании, где выбирают делегатов, которые будут ответственны за все аспекты проведения транзакций. Когда делегаты наконец избраны, важно, чтобы они смогли договориться о том, какие транзакции следует отклонить, а какие — одобрить. Применяется в Cosmos, Tron, EOS.

Делегаты — это пользователи в системе DPoS, которые контролируют управление в блокчейне. За делегатов голосуют другие пользователи. Делегат может предложить изменить размер отдельного блока или изменить количество свидетелей, которым платят за проверку блоков. Когда изменения предлагаются делегатом, пользователи блокчейна голосуют за принятие этих изменений.

Валидаторы — это узлы, которые могут проверять, что блоки, созданные разными свидетелями, соответствуют правилам консенсуса. Если пользователь становится валидатором блоков, все, что от него требуется, — это запустить валидатор и проверить сеть.

Свидетели — пользователи, которые несут ответственность за безопасность и проверку блокчейна. Чтобы стать свидетелем, пользователь должен получить достаточное количество голосов. Общее количество свидетелей на одном сервере может варьироваться от 21 до 101. Несмотря на то, что свидетель может удерживать определенные транзакции вне блока, он не может изменить информацию о транзакции. Среди свидетелей очень большая конкуренция, если свидетель теряет доверие пользователей, его место занимает другой.

Данный протокол отличается особой надежностью. Алгоритмы консенсуса лежат в основе каждой сети блокчейнов. Использование правильного алгоритма обеспечивает быструю и безопасную проверку транзакций, наряду с меньшим потреблением энергии, чем системы PoW, DPoS также требует меньше времени, чем системы PoS. Плюс участники данной сети очень мотивированы тем, что сеть хорошо платит за исполнение своих обязанностей.

Заключение

Благодаря конкуренции риск мошенничества минимален, так как все пользователи заинтересованы в работе своей сети, а также, естественно, хотят занять лучшее в системе, поэтому “прогнивший винтик” сразу убирается. Все в нем выглядит очень естественно, прям так как и должно быть в жизни. В данном посте я рассмотрел не все существующие протоколы, но решил начать с этого, чтобы не перегружать ни себя, ни читателей. Поэтому в качестве заключения я хотел бы просуммировать полученную информацию в табличке ниже.

Сравнение PoS, PoW, DPoS

	PoS	PoW	DPoS
Производительность	высокая	низкая	высокая
Энергозатратность	низкая	высокая	низкая
Вознаграждение за участие	есть	есть	есть
Безопасность	высокая	низкая	высокая
Участие валидаторов	да	нет	да
Участие с использованием залога	да	нет	да
Пример использования	NXT, Tezos, Peercoin	Bitcoin, Ethereum, Litecoin	Cosmos, Tron, EOS.

Что такое алгоритм консенсуса?

Рахул Авати

Что такое алгоритм консенсуса?

Алгоритм консенсуса — это процесс в информатике, используемый для достижения согласия по одному значению данных среди распределенных процессов или систем. Эти алгоритмы предназначены для достижения надежности в сети, включающей множество пользователей или узлов. Решение этой проблемы, известной как проблема консенсуса, важно для распределенных вычислений и многоагентных систем, таких как те, которые используются в криптовалютных блокчейн-сетях.

Как работают алгоритмы консенсуса

Алгоритмы консенсуса крайне важны для крупномасштабных отказоустойчивых систем, поскольку они позволяют набору распределенных/реплицированных машин или серверов работать как единая группа и согласовывать состояние системы даже при наличии сбоев или простоев. Для этого алгоритм устанавливает порог или количество машин-участников, которые должны достичь консенсуса или согласия.

При решении проблемы консенсуса алгоритмы консенсуса предполагают, что некоторые процессы и системы будут недоступны и ответит только часть узлов. Они также предполагают, что некоторые сообщения будут потеряны во время передачи. Однако требуется ответ от доступных узлов. Например, алгоритм может потребовать, чтобы по крайней мере 51% узлов ответили для достижения консенсуса или соглашения о значении данных или состоянии сети.

Это обеспечивает достижение консенсуса с минимальными ресурсами, даже если другие ресурсы недоступны или даже неисправны. Механизм также поддерживает целостность решений, принимаемых согласующими узлами в отказоустойчивой системе.

Алгоритмы консенсуса важны в распределенных вычислительных системах.

Применение алгоритмов консенсуса в блокчейне

Алгоритмы консенсуса имеют множество реальных применений в децентрализованных или распределенных компьютерных сетях. Одним из самых распространенных приложений является блокчейн.

Блокчейн — это распределенный реестр, наиболее связанный с криптовалютой биткойн. Эта децентрализованная база данных коллективно управляется распределенными компьютерами или узлами в распределенной одноранговой сети. Каждый одноранговый узел или узел поддерживает копию реестра, чтобы предотвратить единую точку отказа. Любые обновления или проверки в сети отражаются во всех копиях одновременно. Это гарантирует точность и безопасность записей данных и создает доверие к системе без необходимости в централизованной доверенной третьей стороне.

Блокчейн-сети полагаются на алгоритмы консенсуса для достижения согласия между различными распределенными узлами. Механизм консенсуса, такой как доказательство работы (PoW) или доказательство доли (PoS), защищает сеть и не позволяет неавторизованным пользователям проверять неверные транзакции. Этот механизм также позволяет согласовать сеть, даже если ни один узел не является ответственным.

Пять основных шагов в технологии блокчейн, основанной на алгоритмах консенсуса.

Другие применения алгоритмов консенсуса

Основываясь на базовом механизме, алгоритмы консенсуса решают, следует ли фиксировать распределенную транзакцию в базе данных. Они также обычно используются для синхронизации данных в децентрализованной сети и обеспечения согласованности и прозрачности транзакций. Алгоритмы консенсуса также используются для присвоения узлу статуса лидера.

Алгоритмы консенсуса синхронизируют реплики конечного автомата и обеспечивают согласованность между ними. Они часто используются для обеспечения доверия и безопасности в децентрализованной компьютерной сети, такой как блокчейн, и очень полезны для ведения записей.

Помимо блокчейна и криптовалют, эти алгоритмы поддерживают множество реальных вычислительных и цифровых систем, в том числе:

репликация конечных автоматов,
PageRank Google,
балансировка нагрузки,
умные электрические сети,

Синхронизация часов

и
управление беспилотными летательными аппаратами типа дронов.

Типы алгоритмов консенсуса

Давайте рассмотрим различные типы алгоритмов консенсуса.

1. Доказательство работы

Алгоритм PoW — один из старейших типов алгоритмов консенсуса. Центральная идея PoW, впервые представленная в 1993 году и повторно представленная в 2008 году основателем Биткойн Сатоши Накамото, заключается в том, чтобы узлы могли решать сложные математические головоломки и делать как можно больше предположений в кратчайшие сроки.

В криптовалютных цепочках блоков, основанных на алгоритме PoW, майнеры или валидаторы, также известные как узлы-участники, должны доказать, что проделанная и отправленная ими работа дает им право добавлять новые транзакции в цепочку блоков. Они должны решить сложную математическую задачу, найдя криптографический хэш определенного блока.

Это делается путем получения данных из заголовка блока в качестве входных данных и непрерывной обработки этих данных с помощью криптографической хеш-функции. Каждый раз, когда это делается, во входные данные вносятся небольшие изменения, включая произвольное число, называемое одноразовым номером. Это блокчейн-версия догадок для поиска решения.

В конце концов, когда майнер находит решение, которое приводит к консенсусу, он получает вознаграждение в виде криптовалюты. Однако все эти действия требуют многократных итераций, потребляющих значительную вычислительную мощность. Вот почему PoW считается неэффективным механизмом консенсуса.

Тем не менее, алгоритм PoW по-прежнему популярен, поскольку он поддерживает сетевую безопасность и достаточно устойчив к кибератакам, таким как DDoS-атаки. Это также самый старый алгоритм консенсуса, который, как известно, хорошо работает с блокчейнами.

2. Отложенное доказательство работы

Delayed Proof of Work (dPoW) — это модифицированная версия алгоритма консенсуса PoW. В этом методе консенсуса сеть блокчейна периодически делает снимки самой себя, которые затем записываются в блок в сети в рамках процесса нотариального заверения. Этот процесс помогает создать резервную копию всей системы в блокчейне.

Строго говоря, dPoW не является алгоритмом консенсуса, поскольку он не используется для достижения консенсуса по новым блокам. Скорее, это механизм безопасности, который делает блокчейны устойчивыми к атаке 51%, при которой один объект может контролировать большую часть скорости хеширования в сети блокчейнов и вызывать серьезные сбои в работе сети. Это возможно, потому что dPoW сбрасывает правила консенсуса сети всякий раз, когда блок нотариально заверяется, что делает невозможным реорганизацию нотариально заверенных блоков.

3. Доказательство доли

Proof of Stake (PoS) считается альтернативой PoW. В отличие от PoW, PoS требует небольших специализированных аппаратных или программных ресурсов для майнинга криптовалют, поскольку не требует решения сложных вычислительных задач. Скорее, криптографические валидаторы блокируют или размещают часть своих монет в кошельке. Затем они проверяют блоки, если обнаруживают блок, который можно добавить в блокчейн.

Валидаторы получают вознаграждение — или их ставка увеличивается — пропорционально их ставкам на основе блоков, добавленных в блокчейн. Поскольку алгоритм основан на стимулах, он потребляет меньше вычислительной энергии, чем PoW.

Несмотря на это преимущество, у алгоритма PoS есть серьезный недостаток. Мощность майнинга валидатора зависит от количества имеющихся у него токенов, поэтому майнер, который начинает с большего количества монет, получает больший контроль над механизмом консенсуса. Кроме того, несколько майнеров могут купить много монет, что еще больше разбавит механизм и уменьшит свойство децентрализации системы.

4. Делегированное доказательство доли

Delegated Proof of Stake (DPoS) считается более эффективной и демократичной версией PoS. Этот алгоритм основан на системе голосования, в которой делегаты или свидетели голосуют за своих любимых валидаторов для достижения консенсуса во время генерации и проверки блоков. Помимо проверки транзакций делегаты также помогают поддерживать целостность, надежность и прозрачность сети блокчейна.

Право голоса каждого делегата пропорционально количеству имеющихся у него монет. Они получают вознаграждение за свою работу в виде комиссий за транзакции, которые распределяются между их избирателями.

Система голосования алгоритма DPoS и, следовательно, механизм консенсуса зависят от репутации делегатов. Это более масштабируемый механизм, чем PoW или PoS, поскольку он может обрабатывать больше транзакций в секунду и обеспечивать более быстрое время подтверждения.

5. Подтверждение полномочий

Алгоритм консенсуса Proof of Authority (PoA) является более эффективной и масштабируемой альтернативой энергоемкому и менее масштабируемому алгоритму PoW. Кроме того, в PoA валидаторы блоков ставят на кон свою репутацию и личность, а не монеты, что делает систему более безопасной, чем PoS.

По сути, сеть блокчейнов на основе PoA защищена ограниченным числом проверяющих узлов. Эти узлы являются доверенными сторонами, которые произвольно выбираются и предварительно утверждаются для проверки блоков и транзакций. Эти участники действуют как системные модераторы и помогают создать более масштабируемый механизм, чем PoW.

Поскольку настоящие личности этих модераторов известны и им доверяют, PoA отлично подходит для логистических приложений, таких как цепочки поставок или торговые сети. Это позволяет пользователям пользоваться всеми преимуществами технологии блокчейн, сохраняя при этом конфиденциальность и безопасность своих транзакций.

6. Доказательство сжигания

Proof of Burn (PoB) тестируется как жизнеспособная и устойчивая альтернатива алгоритмам PoW и PoS. PoB похож на PoW, но потребляет гораздо меньше вычислительной энергии. Это связано с тем, что процесс проверки блоков в блокчейне не требует вычислительных ресурсов или оборудования. Вместо этого майнеры «сжигают» или инвестируют монеты в блокчейн для достижения консенсуса.

Монеты отправляются на адрес, откуда их невозможно получить, что делает их недоступными и бесполезными. Это демонстрирует приверженность майнеров сети и дает им право добывать новые монеты и подтверждать новые транзакции в сети. Чем больше монет сжигает майнер, тем больше у него мощности для майнинга, что увеличивает его шансы стать следующим валидатором блоков.

Сжигание монет в PoB уменьшает количество монет и увеличивает их стоимость. Это также повышает безопасность сети за счет вложения сожженных монет.

7. Гибридный консенсус PoW/PoS

Гибридный механизм PoW/PoS уравновешивает недостатки алгоритмов PoW и PoS. Он начинается с того, что майнеры PoW создают новые блоки для добавления в цепочку блоков. После создания блоков PoS-майнеры голосуют за их подтверждение или отклонение. В процессе они делают ставку на часть своих токенов, как в алгоритме PoS.

Но, в отличие от PoS, в этом гибридном алгоритме не учитывается общее количество голосов. Вместо этого случайным образом выбираются пять голосов, чтобы определить эффективность нового блока. Если три голоса из пяти проголосовали утвердительно, достигается консенсус, и блок добавляется в блокчейн. Система вознаграждения распределяется пропорционально: 60% для майнеров PoW и 30% для майнеров PoS, а оставшиеся 10% выделяются на улучшение системы.

См. также алгоритм машинного обучения , алгоритм сортировки , Ethereum, Hyperledger

Последнее обновление: август 2022 г.

Продолжить чтение об алгоритме консенсуса

Какие существуют 4 типа технологии блокчейн?

10 основных преимуществ технологии блокчейн для бизнеса

Взлом кода блокчейна и криптовалюты: что внедрение может означать для центров обработки данных?

6 альтернатив блокчейну для бизнеса

Биткойн, Ethereum и Dogecoin: в чем разница

Apple iOS

Apple iOS — это проприетарная мобильная операционная система, работающая на таких мобильных устройствах, как iPhone и iPad.

Нетворкинг

CAPWAP (Контроль и настройка точек беспроводного доступа)
CAPWAP (управление и предоставление беспроводных точек доступа) — это протокол, который позволяет контроллеру доступа управлять . ..
мониторинг производительности сети (NPM)
Мониторинг производительности сети (NPM) — это процесс измерения и мониторинга качества обслуживания сети.
инфракрасное излучение (ИК)
Инфракрасное излучение (ИК), иногда называемое просто инфракрасным, представляет собой область спектра электромагнитного излучения, в которой …

Безопасность

аналитика безопасности
Аналитика безопасности — это подход к кибербезопасности, в котором используются инструменты сбора, агрегирования данных и анализа угроз …
NICE Framework (Национальная инициатива по обучению в области кибербезопасности Cybersecurity Workforce Framework)
The NICE Framework (National Initiative for Cybersecurity Education Cybersecurity Workforce Framework) является справочным ресурсом …
черный список приложений (занесение приложений в черный список)
Занесение приложений в черный список — все чаще называемое занесением в черный список — представляет собой практику сетевого или компьютерного администрирования, используемую . ..

ИТ-директор

цифровая экосистема
Цифровая экосистема — это группа взаимосвязанных ресурсов информационных технологий, которые могут функционировать как единое целое.
план закупок
План закупок, также называемый планом управления закупками, представляет собой документ, который используется для управления процессом поиска …
Общепринятые принципы ведения учета (Принципы)
Общепринятые принципы ведения документации — это основа для управления записями таким образом, чтобы поддерживать …

HRSoftware

конвейер талантов
Воронка талантов — это группа кандидатов, готовых занять вакансию.
аутсорсинг процесса подбора персонала (RPO)
Аутсорсинг процесса найма (RPO) — это когда работодатель передает ответственность за поиск потенциальных кандидатов на работу . ..
специалист по кадрам (HR)
Специалист по персоналу — это специалист по кадрам, который выполняет повседневные обязанности по управлению талантами, сотрудникам …

Служба поддержки клиентов

исходящий маркетинг
Исходящий маркетинг — это традиционная форма маркетинга, при которой организация инициирует контакт с потенциальными клиентами или …
скорость оттока
Показатель оттока — это показатель количества клиентов или сотрудников, покидающих компанию за определенный период.
управление маркетинговой кампанией
Управление маркетинговыми кампаниями — это планирование, выполнение, отслеживание и анализ кампаний прямого маркетинга.

Анализ алгоритмов консенсуса блокчейна

Блокчейн — это децентрализованная распределенная сеть, обеспечивающая более высокую прозрачность, безопасность и неизменность.

Мы все это знаем!!

Но задумывались ли вы когда-нибудь, как он способен всего этого добиться?

Кто управляет этой сетью и проверяет каждую транзакцию при отсутствии централизованного управления?

Звучит интересно, правда!

Ну, это алгоритмы консенсуса Blockchain. Основная часть мира разработки Blockchain, о которой мы будем говорить в этом подробном руководстве.

СОДЕРЖАНИЕ:

Определение алгоритма консенсуса блокчейна
Цели механизма консенсуса
Алгоритмы консенсуса блокчейна, популярные на рынке
Свойства хорошего механизма консенсуса блокчейна
Последствия использования неверного протокола консенсуса
Часто задаваемые вопросы
Заключение

Что такое алгоритм консенсуса блокчейна?

Самый простой ответ на вопрос, что такое алгоритм консенсуса Blockchain, заключается в том, что это процедура, с помощью которой все одноранговые узлы сети Blockchain достигают общего принятия или консенсуса в отношении состояния распределенного реестра в реальном времени.

Механизм консенсуса позволяет сети блокчейна достичь надежности и создать уровень доверия между различными узлами, обеспечивая при этом безопасность в среде. По этой причине это одна из жизненно важных частей каждого руководства по разработке приложений Blockchain и каждого проекта dApp в среде распределенного реестра.

Эти алгоритмы работают с разными целями, некоторые из которых мы рассмотрим в следующем разделе этой статьи.

Цели механизма консенсуса блокчейна

1. Единое соглашение

Одной из основных целей механизмов консенсуса является достижение единого соглашения.

В отличие от централизованных систем, где необходимо доверие к авторитету, пользователи могут работать даже без доверия друг к другу децентрализованным образом. Протоколы, встроенные в распределенную сеть блокчейнов, гарантируют, что данные, участвующие в процессе, правдивы и точны, а статус публичной книги актуален.

2. Согласование экономических стимулов

Когда дело доходит до построения системы без доверия, которая регулирует сама по себе, согласование интересов участников сети является обязательным.

Консенсусный блокчейн-протокол в этой ситуации предлагает вознаграждение за хорошее поведение и наказание злоумышленников. Таким образом, он также обеспечивает регулирование экономических стимулов.

3. Справедливость и равноправие

Механизмы консенсуса позволяют любому участвовать в сети и использовать одни и те же основы. Таким образом, это оправдывает свойство открытого исходного кода и децентрализации системы блокчейна.

4. Предотвращение двойных расходов

Механизмы консенсуса работают на основе определенных алгоритмов, которые гарантируют, что только те транзакции, которые проверены и действительны, включаются в общедоступный прозрачный реестр. Это решает традиционную проблему двойной траты, то есть проблему двойного расходования цифровой валюты.

5. Отказоустойчивость

Еще одна характеристика метода консенсуса заключается в том, что он обеспечивает отказоустойчивость, согласованность и надежность блокчейна. То есть управляемая система будет работать неограниченное время даже в случае сбоев и угроз.

В настоящее время в экосистеме существует множество алгоритмов консенсуса Blockchain, и многие другие собираются выйти на рынок. Это обязывает каждую компанию-разработчика блокчейна и энтузиаста-предпринимателя знать факторы, определяющие хороший протокол консенсуса, и возможные последствия использования плохого протокола.

Ознакомившись с основами методов консенсуса в блокчейне, давайте углубимся в тему и рассмотрим популярные типы механизмов консенсуса.

Алгоритмы консенсуса блокчейна, популярные на рынке

1. Доказательство работы (PoW)

Разработанный Сатоши Накамото, Доказательство работы является старейшим механизмом консенсуса, используемым в домене Блокчейн. Он также известен как майнинг, где участвующие узлы называются майнерами.

В этом механизме майнеры должны решать сложные математические головоломки, используя всестороннюю вычислительную мощность. Они используют различные формы методов майнинга, такие как майнинг на GPU, майнинг на CPU, майнинг на ASIC и майнинг на FPGA. А тот, кто быстрее решит проблему, получит в награду блок.

Однако это не так просто. Головоломку можно решить только методом проб и ошибок. Кроме того, уровень сложности головоломки увеличивается со скоростью, с которой добываются блоки. Таким образом, становится обязательным создание нового блока в течение определенного периода времени, чтобы справиться с уровнем сложности.

Механизм Proof of Work используется несколькими криптовалютами, такими как Bitcoin, Litecoin, ZCash, Primecoin, Monero и Vertcoin, и это лишь некоторые из них.

Алгоритм Биткойн, описанный в этом механизме, использует одноразовый номер в качестве случайного значения для изменения вывода хеш-значения. В алгоритме консенсуса биткойнов каждый блок предназначен для генерации хеш-значения, а одноразовый номер — это параметр, который используется для генерации этого хэш-значения.

С точки зрения реализации Proof of Work (PoW) повлиял не только на финансовую отрасль, но и на здравоохранение, управление, управление и многое другое. Фактически, он предложил возможность многоканальных платежей и транзакций с несколькими подписями по адресу для повышения безопасности.

2. Proof of Stake (PoS)

Proof of Stake — это самая простая и экологически чистая альтернатива консенсусному протоколу PoW.

В этом методе блокчейна производители блоков не являются майнерами, а действуют как валидаторы. Они получают возможность создать блок над всеми, что экономит энергию и сокращает время. Однако, чтобы они стали валидатором, они должны инвестировать некоторую сумму денег или долю.

Кроме того, в отличие от PoW, в этом алгоритме майнерам предоставляется привилегия получать комиссию за транзакции, поскольку в этой модели консенсуса нет системы вознаграждения.

В целом это побудило такие бренды, как Ethereum, обновить свою модель с PoW на PoS в своем обновлении Ethereum 2.0. Кроме того, он помог различным блокчейн-экосистемам, таким как Dash, Peercoin, Decred, Reddcoin и PivX, функционировать должным образом.

Теперь, когда PoS решил различные проблемы, ранее связанные с PoW, на рынке все еще оставалось много проблем. Чтобы смягчить эти проблемы и создать улучшенную среду блокчейна, появилось несколько вариантов PoS.

Двумя популярными вариантами Proof of Stake (PoS) являются DPoS и LPoS.

Делегированное доказательство доли (DPoS)

В случае Delegated Proof of Stake (DPoS) участники ставят свои монеты и голосуют за определенное количество делегатов, так что чем больше они инвестируют, тем больший вес они получают. Например: если пользователь A тратит 10 монет на делегата, а пользователь B инвестирует 5 монет, голос A получает больший вес, чем голос B.

Делегаты также получают вознаграждение в виде комиссии за транзакцию или определенного количества монет.

Из-за этого механизма голосования, взвешенного по доле, DPoS является одной из самых быстрых моделей консенсуса в блокчейне и очень предпочтительна в качестве цифровой демократии. Некоторые из реальных вариантов использования этого механизма консенсуса блокчейна — Steem, EOS и BitShares.

Арендованное доказательство доли (LPoS)

LPoS — это усовершенствованная версия механизма консенсуса PoS, который работает на платформе Waves.

В отличие от обычного метода Proof-of-Stake, когда каждый узел с некоторым количеством криптовалюты имеет право добавить следующую цепочку блоков, пользователи могут сдавать свой баланс в аренду полным узлам в этой цепочке блоков алгоритма консенсуса. И тот, кто арендует большую сумму для полного узла, имеет более высокую вероятность генерации следующего блока. Кроме того, арендатор затем получает вознаграждение в виде процента от комиссии за транзакцию, которая была собрана полным узлом.

Этот вариант PoS является эффективным и безопасным вариантом для разработки публичных криптовалют.

3. Доказательство полномочий

Доказательство полномочий — это модифицированная версия Доказательства доли, в которой на карту поставлены личности валидаторов в сети. При этом для проверки личности валидатора личность представляет собой сходство между личной идентификацией валидаторов и их официальной документацией. Эти валидаторы ставят свою репутацию в сети. В Proof of Authority только узлы (которые становятся валидаторами) могут создавать новые блоки. Валидаторы, чья личность находится под угрозой, заинтересованы в защите и сохранении сети блокчейна. В этом доказательстве количество валидаторов довольно мало, около 25 или меньше.

4. Византийская отказоустойчивость (BFT)

Византийская отказоустойчивость, как следует из названия, используется для устранения византийской ошибки (также называемой проблемой византийских генералов) — ситуации, когда участники системы должны договориться об эффективном стратегии, чтобы избежать катастрофического сбоя системы, но некоторые из них сомнительны.

Узнайте больше о проблеме византийских генералов из этого видео:-

Два варианта модели консенсуса BFT, которые являются основными на арене блокчейна, — это PBFT и DBFT.

Практическая византийская отказоустойчивость (PBFT)

PBFT — это облегченный алгоритм блокчейна, который решает проблемы византийского генерала, позволяя пользователям подтверждать доставленные им сообщения путем выполнения вычислений для оценки решения о достоверности сообщения.

Затем сторона объявляет о своем решении другим узлам, которые в конечном итоге обрабатывают решение по ней. Таким образом, окончательное решение зависит от решений, полученных от других узлов.

Stellar, Ripple и Hyperledger Fabric — вот некоторые варианты использования этого механизма консенсуса блокчейна.

Делегированная византийская отказоустойчивость (DBFT)

Представленный NEO механизм Delegated Byzantine Fault Tolerance похож на модель консенсуса DPoS. Здесь также держатели токенов NEO получают возможность голосовать за делегатов.

Однако это не зависит от суммы вложенной валюты. Делегатом может стать любой, кто соответствует основным требованиям, то есть подтвержденной личности, подходящему оборудованию и 1000 GAS. Затем один из этих делегатов случайным образом выбирается в качестве спикера.

Динамик создает новый блок из транзакции, ожидающей подтверждения. Кроме того, он отправляет предложение проголосовавшим делегатам, которые обязаны контролировать все транзакции и записывать их в сети. Эти делегаты имеют право делиться и анализировать предложения, чтобы проверить точность данных и честность спикера. Если затем 2/3 делегатов подтвердят это, блок будет добавлен в цепочку блоков.

Этот тип протокола консенсуса Blockchain также называется «Ethereum of China» и может быть полезным ресурсом для построения «умной экономики» путем оцифровки активов и предложения смарт-контрактов на блокчейне.

5. Прямой ациклический граф (DAG)

Еще одна базовая, но первоклассная модель консенсуса блокчейна, с которой должна быть знакома каждая компания, предоставляющая услуги по разработке мобильных приложений, работающая с блокчейном, — это DAG.

В протоколе консенсуса этого типа каждый узел сам готовится стать «майнерами». Теперь, когда майнеры уничтожены, а транзакции проверяются самими пользователями, соответствующая комиссия снижается до нуля. Становится проще проверять транзакции между любыми двумя ближайшими узлами, что делает весь процесс легким, быстрым и безопасным.

Двумя лучшими примерами алгоритмов DAG являются IOTA и Hedera Hashgraph.

Хотя это основные модели консенсуса в среде разработки, многие различные механизмы консенсуса блокчейна медленно и постепенно начинают набирать обороты, например:

6. Доказательство емкости (PoC)

В доказательстве емкости (PoC), решения для каждой сложной математической головоломки накапливаются в цифровых хранилищах, таких как жесткие диски. Пользователи могут использовать эти жесткие диски для создания блоков таким образом, что те, кто быстрее всего оценивает решения, получают больше шансов на создание блоков.

Последующий процесс называется построением графика. Две криптовалюты, которые полагаются на консенсусный протокол блокчейна PoC, — это Burstcoin и SpaceMint.

7. Доказательство сжигания (PoB)

Считающаяся альтернативным решением для PoW и PoS с точки зрения энергопотребления, модель консенсуса Proof of Burn (PoB) работает по принципу, позволяющему майнерам «сгорать» или «сгорать». разрушить виртуальные токены криптовалюты, что дополнительно дает им привилегию писать блоки пропорционально монетам. Чем больше монет они сжигают, тем больше шансов получить новый блок за каждую полученную монету.

Но, чтобы сжечь монеты, они обязаны отправить их на адрес, где их нельзя было потратить на проверку блока.

Широко используется в случае распределенного консенсуса. И лучшим примером этого механизма консенсуса является монета Slim.

8. Удостоверение личности (PoI)

Концепция PoI (подтверждение личности) такая же, как и авторизованная личность. Это криптографическое подтверждение закрытого ключа пользователя, которое прикрепляется к каждой конкретной транзакции. Каждый идентифицированный пользователь может создавать и управлять блоком данных, который может быть представлен другим пользователям в сети.

Эта модель консенсуса блокчейна обеспечивает подлинность и целостность созданных данных. Таким образом, это хороший выбор для внедрения умных городов.

9. Доказательство активности (PoA)

PoA — это, по сути, гибридный подход, разработанный на основе конвергенции моделей консенсуса блокчейнов PoW и PoS.

В случае механизма PoA майнеры стремятся как можно быстрее решить криптографическую головоломку, используя специальное оборудование и электроэнергию, как и в PoW. Однако блоки, с которыми они сталкиваются, содержат только информацию о личности победителя блока и транзакции вознаграждения. Здесь механизм переключается на PoS.

Валидаторы (акционеры, назначенные для проверки транзакций) проверяют и обеспечивают правильность блока. Если блок был проверен много раз, валидаторы активируются до полного блока. Это подтверждает, что открытые транзакции являются процессами и окончательно интегрируются в найденные блок-контейнеры.

Кроме того, вознаграждение за блок делится так, что валидаторы получают его доли.

Двумя реальными реализациями этого механизма являются монеты Espers и Decred.

10. Подтверждение прошедшего времени (PoET)

PoET был представлен Intel с намерением решить криптографические головоломки, связанные с механизмом PoW, принимая во внимание тот факт, что архитектура ЦП и количество оборудования для майнинга знает, когда и в какое время. с какой частотой майнер выигрывает блок.

Он основан на идее справедливого распределения и расширения шансов для большей части участников. Итак, каждому участвующему узлу предлагается подождать определенное время, чтобы принять участие в следующем процессе майнинга. Участника с наименьшим временем задержки просят предложить блокировку.

При этом каждый узел также придумывает свое время ожидания, по истечении которого они переходят в спящий режим.

Итак, как только узел становится активным и доступен блок, этот узел считается «счастливчиком». Затем этот узел может распространять информацию по сети, сохраняя при этом свойство децентрализации и получая вознаграждение.

11. Доказательство важности (PoI)

Введенный NEM, PoI представляет собой вариант протокола PoS, который учитывает роль акционеров и валидаторов в его работе. Однако на это влияет не только размер и вероятность их долей; различные другие факторы, такие как репутация, общий баланс и т. д. транзакций, совершенных через какой-либо конкретный адрес, также играет в этом роль.

Сети, основанные на модели консенсуса POI, являются дорогостоящими для атак и вознаграждают пользователей за вклад в безопасность сети.

Предоставленная до сих пор информация помогла бы вам различать различные консенсусные протоколы блокчейна.

Однако, чтобы упростить вам задачу, вот сравнительная таблица алгоритмов консенсуса блокчейна.

Теперь давайте начнем с определения того, что делает блокчейн-консенсус хорошим.

Свойства хорошего механизма консенсуса блокчейна

1. Безопасность

В хорошем механизме консенсуса все узлы способны генерировать результаты, действительные в соответствии с правилами протокола.

2. Инклюзивно

Хороший консенсусный механизм блокчейна гарантирует, что каждый конкретный узел сети участвует в процессе голосования.

3. Совместный

Механизм консенсуса, в котором все узлы активно участвуют и вносят свой вклад в обновление баз данных в блокчейне, называется моделью хорошего консенсуса.

4. Эгалитарный

Еще одна черта хорошего механизма заключается в том, что он придает равную ценность и вес каждому голосу, полученному от узла.

Имея это в виду, давайте выясним, что происходит, когда вы не учитываете эти факторы и внедряете модель плохого консенсуса в свой процесс разработки.

Последствия выбора плохого протокола консенсуса

1. Форки блокчейна

Выбор плохого метода консенсуса блокчейна увеличивает уязвимость цепочки. Одной из таких уязвимостей, с которой сталкиваются энтузиасты и разработчики блокчейна, является Blockchain Forks.

Вилки блокчейна, говоря простым языком, — это ситуация или обстоятельства, при которых одна цепочка расходится на две или более. Подробное объяснение форка Blockchain и его типов доступно в видео, встроенном ниже.

Когда происходит разветвление блокчейна, приложение начинает работать непредсказуемым образом, создавая впереди два или более расходящихся узла.

2. Низкая производительность

Когда рассматривается плохой консенсусный механизм блокчейна, либо узел выходит из строя, либо страдает от разделения сети. Это задерживает процесс обмена сообщениями между узлами и увеличивает задержку приложения, что в конечном итоге снижает уровень производительности.

3. Отсутствие консенсуса

Другим последствием включения в вашу бизнес-модель плохого механизма консенсуса является отказ от консенсуса. В этой ситуации часть узлов не может участвовать ни в одном процессе, и, таким образом, в отсутствие их голосов консенсус не дает точных и желаемых результатов.

Теперь, когда мы рассмотрели основы методов консенсуса в блокчейне, давайте углубимся в тему и рассмотрим популярные типы механизмов консенсуса.

Часто задаваемые вопросы об алгоритмах консенсуса блокчейна

В. Что такое протокол консенсуса в блокчейне?

Протокол консенсуса — это набор правил или процедур, которые определяют, как два или более узла взаимодействуют, обмениваются информацией и выполняют связанные процессы в экосистеме блокчейна.

В. Какую модель консенсуса использует Ethereum?

Ранее Ethereum работал по модели консенсуса PoW (Proof of Work). Но теперь он перешел на алгоритм консенсуса блокчейна PoS (Proof of Stake).

Конец Мысли

В конце концов, все эти компоненты имеют одинаковую цель — достижение консенсуса в децентрализованной сети.