Алгоритмы достижения консенсуса в блокчейне: Proof of Work (PoW), Proof of Stake (PoS), LPoS, DPoS и другие

Процесс майнинга позволяет работать инфраструктуре блокчейна. Так как в распределенной сети нету никаких центральных серверов и корпорации которая бы их поддерживала, все необходимые для работы сети вычисления должны обеспечить сами её пользователи. Получается, что структура блокчейна децентрализована. Поэтому возникает потребность в распределенном консенсусе.

 

Консенсус в блокчейне

В любой блокчейн-сети передаются два основных типа сообщений — транзакции и блоки (которые, в свою очередь, являются списками транзакций). Транзакции формируются участниками системы и их алгоритм консенсуса не касается: для того чтобы инициировать, скажем, отправку биткоинов, никакого соглашения не надо, достаточно знать правильный ключ. Блоки — совсем другое дело. Они являются основным продуктом алгоритма консенсуса и определяют, в каком порядке транзакции будут включены в журнал транзакций.

Блоки создаются особой категорией узлов сети блокчейна — так называемыми узлами консенсуса. В случае биткойна и других криптовалют эти узлы называют майнерами, поскольку они вознаграждаются за свою работу (майнинг) генерацией новых порций криптовалюты. Майнеры активно участвуют в формировании блокчейна, постоянно группируя входящие транзакции в блоки и распространяя их по сети.

Ключевое условие работы всей системы — сеть должна коллективно согласовывать содержимое регистра: он распределен между всеми участниками цепочки вместо того, чтобы передать централизованное ведение счетов одному субъекту — например, банку.

Для этого сети и требуется поддерживать консенсус вокруг информации, записанной в блокчейне. Способ достижения этого консенсуса влияет на безопасность и экономические параметры протокола. Вот несколько примеров его достижения:

 

Proof of Work (PoW)

Доказательство работы было «изобретено» задолго до биткойна еще в начале 90-х и применялось в ином контексте: для защиты от спама.

В случае в PoW, все компьютеры в сети, которым поручено поддерживать безопасность блокчейна, работают над вычислением математической функции, называемой хэшем. Это довольно простая задача, но постоянно повторяющаяся и, следовательно, дорогая в плане вычислений. Компьютер, который вычислит его первым, получит подтверждение того, что он выполнил необходимую работу и сможет добавить новый блок транзакций в блокчейн. В качестве вознаграждения, он получит добытую криптовалюту и все небольшие сборы за проведение транзакций, которые пользователи заплатили за отправку монет.

PoW работает по принципу того, что проверить, действительны ли транзакции — это очень легко, благодаря прозрачности регистра. Майнеры коллективно подтверждают действительность всего блокчейна, и транзакции не считаются полностью «подтвержденными», пока к ним не добавятся несколько новых блоков. Если злоумышленник попытается использовать монеты незаконным способом, то его транзакции будут проигнорированы остальной частью сети.

 

Proof of Stake (PoS)

Переводится аббревиатура PoS как “доказательство ставки / доли”. Это альтернативный способ, который не требует специального оборудования и в последние годы стал очень популярным. В случае PoW, вероятность того, что участник добавит следующий блок транзакций в цепочку, определяется уровнем хэша. В случае PoS, эта вероятность определяется количеством монет участника. Другими словами, каждый сетевой узел связан с определенным адресом, и чем больше монет принадлежит этому адресу, тем больше вероятность того, что они намайнят следующий блок.

Преимуществами использования PoS является то, что для проведения атаки требуются значительные средства, что делает ее нецелесообразной с финансовой точки зрения. Одновременно с этим, если в распоряжении атакующего имеется большое количество токенов, он сам пострадает от атаки, поскольку это нарушит устойчивость криптовалюты.

Но если говорить о явных минусах, то это то, что PoS дает дополнительную мотивацию к накоплению средств в одних руках, что может негативно сказаться на децентрализации сети.

В настоящее время, подтверждение доли — это хорошо отлаженный механизм достижения консенсуса, но он не часто используется в своем первоначальном виде. Определенные преимущества предлагают две его разновидности, LPoS и DPoS.

 

Leased Proof of Stake (LPoS)

Переводится как “арендованное подтверждение доли”. Суть этого алгоритма в том, что участники с небольшим количеством монет могут сдавать их в аренду крупным, а в качестве бонуса получать долю вознаграждения, которую по-другому получить было бы невозможно.

В случае с классическим PoS, участники сети с небольшим балансом вряд ли смогут добавлять блоки в цепочку — так же, как небольшие майнеры с низким уровнем хэша вряд ли смогут создать блок в цепочке транзакций. Поскольку безопасность сети повышается с увеличением числа участников, то важно стимулировать этих небольших участников принимать в ней участие. Механизм LPoS позволяет это делать.

Арендованные средства остаются под полным контролем их владельца и могут быть переведены или потрачены в любое время (после чего аренда заканчивается). Арендованные монеты увеличивают «вес» узла сети, повышая его шансы на добавление блока транзакций в блокчейн.

 

Delegated Proof of Stake (DPoS)

Делегированное подтверждение доли – это более сложный алгоритм достижения консенсуса в децентрализованой среде. Если коротко сформулировать основной принцип работы DPoS, он будет выглядеть таким образом: разделение голосующих и валидирующих участников. В итоге, участники сети, которые имеют право голоса в системе (держатели монет) не являются при этом валидаторами транзакций. Таким образом одно подмножество участников выбирает другое подмножество, которое в свою очередь будет формировать блоки.

Условия, в которых работает данный алгоритм консенсуса, отличаются от условий в которых работает PoW и PoS. А именно, валидаторам необходимо раскрыть свои личности и заявить о готовности бесперебойно поддерживать работу полноценного узла сети, своевременно выполнять верификацию транзакций и формировать новые блоки.

 

Такой тип консенсуса лучше всего подходит для построения экосистемы, которая предусматривает наличие как обычных пользователей (мобильные клиенты), так и множества компаний (полноценные узлы, которые могут играть роль валидаторов). DPoS спроектирован таким образом, что поддерживает высокую частоту генерации новых блоков и способен обрабатывать большое количество транзакций в единицу времени по сравнению с другими алгоритмами консенсуса, которые работаю в распределенной среде без доверия. DPoS хорошо подходит для проектирования систем с открытым доступом, где не требуется идентификация пользователей.

 

Proof of Importance (PoI)

Еще одним важным алгоритмом является PoI – подтверждение важности. NEM стала первой криптовалютной платформой реализации этого способа. В случае PoI, важно не только количество монет. Система достижения консенсуса NEM основана на идее, что вознаграждать следует за продуктивную сетевую активность, а не просто за владение монетами.

Вероятность создания блока зависит от ряда факторов, в том числе доступных средств, репутации (определяется отдельной специальной системой) и количества входящих и исходящих транзакций с этого адреса. Это дает более целостную картину «полезного» члена сети.

 

Менее распространенные алгоритмы достижения консенсуса

Proof of Burn (доказательство сжигания) — «сжигание» происходит путем отправки монет на такой адрес, с которого гарантированно нельзя их потратить. Избавляясь таким образом от своих монет, пользователь получает право на пожизненный майнинг, который также устроен как лотерея среди всех владельцев сожженных монет.

Proof of Activity (доказательство активности) — стандартная гибридная схема, совмещающая PoW и PoS.

Proof of Capacity (доказательство ресурсов) — реализация популярной идеи «мегабайты как ресурсы». Необходимо выделить существенный объем дискового пространства, чтобы включиться в майнинг;

Proof of Storage (доказательство хранения) – похожая на предыдущую концепция, при которой выделенное место используется всеми участниками как совместное облачное хранилище.

 

В заключение, можно сделать вывод, что Proof-of-Work и Proof-of-Stake являются двумя наиболее популярными алгоритмами консенсуса в мире криптовалют, однако помимо них, существует еще целый ряд механизмов, имеющих собственные тонкости и особенности.

Post Author: MizOne

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *