Алгоритми досягнення консенсусу в блокчейні: Proof of Work (PoW), Proof of Stake (PoS), LPoS, DPoS та інші

Процес майнінгу дозволяє працювати інфраструктурі блокчейну. Так як в розподіленої мережі немає ніяких центральних серверів і корпорації яка б їх підтримувала, всі необхідні для роботи мережі обчислення повинні забезпечити самі її користувачі. Виходить, що структура блокчейна децентралізована. Тому виникає потреба в розподіленому консенсусі.

 

Консенсус в блокчейні

У будь-якій блокчейн-мережі передаються два основних типи повідомлень – транзакції і блоки (які, в свою чергу, є списками транзакцій). Транзакції формуються учасниками системи і їх алгоритм консенсусу не стосується: для того щоб ініціювати, скажімо, відправку біткоінів, ніякої угоди не треба, достатньо знати правильний ключ. Блоки – зовсім інша справа. Вони є основним продуктом алгоритму консенсусу і визначають, в якому порядку транзакції будуть включені в журнал транзакцій.

Блоки створюються особливою категорією вузлів мережі блокчейна – так званими вузлами консенсусу. У разі біткоінів і інших криптовалют ці вузли називають майнерами, оскільки вони отримують винагороду за свою роботу (майнінг) генерацією нових порцій криптовалюти. Майнер активно беруть участь у формуванні блокчейну, постійно групуючи вхідні транзакції в блоки і поширюючи їх по мережі.

Ключова умова роботи всієї системи – мережа повинна колективно узгоджувати вміст регістра: він розподілений між усіма учасниками ланцюжка замість того, щоб передати централізоване ведення рахунків одному суб’єкту – наприклад, банку.

Для цього мережі і потрібно підтримувати консенсус навколо інформації, записаної в блокчейні. Спосіб досягнення цього консенсусу впливає на безпеку і економічні параметри протоколу. Ось кілька прикладів його досягнення:

 

Proof of Work (PoW)

Доказ роботи було «винайдено» задовго до біткоінів ще на початку 90-х і застосовувалося в іншому контексті: для захисту від спаму.

У разі в PoW, всі комп’ютери в мережі, яким доручено підтримувати безпеку блокчейну, працюють над обчисленням математичної функції, званої хешем. Це досить просте завдання, але воно постійно повторюється і, отже, є дорогим в плані обчислень. Комп’ютер, який визначить його першим, отримає підтвердження того, що він виконав необхідну роботу і зможе додати новий блок транзакцій в блокчейн. В якості винагороди, він отримає здобуту криптовалюту і всі невеликі збори за проведення транзакцій, які користувачі заплатили за відправку монет.

PoW працює за принципом того, щоб перевірити, чи дійсні транзакції – це дуже легко, завдяки прозорості регістра. Майнери колективно підтверджують дійсність всього блокчейна, і транзакції не вважаються повністю «підтвердженими», поки до них не додадуться кілька нових блоків. Якщо зловмисник спробує використовувати монети незаконним способом, то його транзакції будуть проігноровані іншою частиною мережі.

 

Proof of Stake (PoS)

Перекладається абревіатура PoS як “доказ ставки / частки”. Це альтернативний спосіб, який не вимагає спеціального обладнання і в останні роки став дуже популярним. У разі PoW, ймовірність того, що учасник додасть наступний блок транзакцій в ланцюжок, визначається рівнем хеша. У разі PoS, ця ймовірність визначається кількістю монет учасника. Іншими словами, кожен мережевий вузол пов’язаний з певною адресою, і чим більше монет належить цій адресі, тим більша ймовірність того, що вони намайнять наступний блок.

Перевагами використання PoS є те, що для проведення атаки потрібні значні кошти, що робить її недоцільною з фінансової точки зору. Одночасно з цим, якщо в розпорядженні атакуючого є велика кількість токенів, він сам постраждає від атаки, оскільки це порушить стійкість криптовалюти.

Але якщо говорити про явні мінуси, то це те, що PoS дає додаткову мотивацію до накопичення коштів в одних руках, що може негативно позначитися на децентралізації мережі.

В даний час, підтвердження частки – це добре налагоджений механізм досягнення консенсусу, але він не часто використовується в своєму первісному вигляді. Певні переваги пропонують два його різновиди, LPoS і DPoS.

Leased Proof of Stake (LPoS)

Перекладається як “орендоване підтвердження частки”. Суть цього алгоритму в тому, що учасники з невеликою кількістю монет можуть здавати їх в оренду великим, а в якості бонусу отримувати частку винагороди, яку по-іншому отримати було б неможливо.

У випадку з класичним PoS, учасники мережі з невеликим балансом навряд чи зможуть додавати блоки в ланцюжок – так само, як невеликі майнери з низьким рівнем хеша навряд чи зможуть створити блок в ланцюжку транзакцій. Оскільки безпека мережі підвищується зі збільшенням числа учасників, то важливо стимулювати цих невеликих учасників приймати в ній участь. Механізм LPoS дозволяє це робити.

Орендовані кошти залишаються під повним контролем їх власника і можуть бути переведені або витрачені в будь-який час (після чого оренда закінчується). Орендовані монети збільшують «вагу» вузла мережі, підвищуючи його шанси на додавання блоку транзакцій в блокчейн.

 

Delegated Proof of Stake (DPoS)

Делеговане підтвердження частки – це більш складний алгоритм досягнення консенсусу в децентралізованому середовищі. Якщо коротко сформулювати основний принцип роботи DPoS, він буде виглядати таким чином: поділ голосуючих і валідуючих учасників. У підсумку, учасники мережі, які мають право голосу в системі (власники монет) не є при цьому валідаторами транзакцій. Таким чином одна підмножина учасників вибирає іншу підмножину, яка в свою чергу буде формувати блоки.

Умови, в яких працює даний алгоритм консенсусу, відрізняються від умов в яких працює PoW і PoS. А саме, валідаторам необхідно розкрити свої особистості і заявити про готовність безперебійно підтримувати роботу повноцінного вузла мережі, своєчасно виконувати верифікацію транзакцій і формувати нові блоки.

Такий тип консенсусу найкраще підходить для побудови екосистеми, яка передбачає наявність як звичайних користувачів (мобільні клієнти), так і безлічі компаній (повноцінні вузли, які можуть грати роль валідаторів). DPoS спроектований таким чином, що підтримує високу частоту генерації нових блоків і здатний обробляти велику кількість транзакцій в одиницю часу в порівнянні з іншими алгоритмами консенсусу, які працюю в розподіленому середовищі без довіри. DPoS добре підходить для проектування систем з відкритим доступом, де не потрібна ідентифікація користувачів.

 

Proof of Importance (PoI)

Ще одним важливим алгоритмом є PoI – підтвердження важливості. NEM стала першою криптовалютною платформою реалізації цього способу. У разі PoI, важлива не тільки кількість монет. Система досягнення консенсусу NEM заснована на ідеї, що винагороджувати слід за продуктивну мережеву активність, а не просто за володіння монетами.

Вірогідність створення блоку залежить від ряду факторів, у тому числі доступних засобів, репутації (визначається окремою спеціальною системою) і кількості вхідних і вихідних транзакцій з цієї адреси. Це дає більш цілісну картину «корисного» члена мережі.

Менш поширені алгоритми досягнення консенсусу

Proof of Burn (доказ спалювання) – «спалювання» відбувається шляхом відправки монет на таку адресу, з якого гарантовано не можна їх витратити. Позбавляючись таким чином від своїх монет, користувач отримує право на довічний майнінг, який також влаштований як лотерея серед всіх власників спалених монет.

Proof of Activity (доказ активності) – стандартна гібридна схема, що поєднує PoW і PoS.

Proof of Capacity (доказ ресурсів) – реалізація популярної ідеї «мегабайти як ресурси». Необхідно виділити суттєвий обсяг дискового простору, щоб включитися в майнінг;

Proof of Storage (доказ зберігання) – схожа на попередню концепцію, при якій виділене місце використовується всіма учасниками як спільне хмарне сховище.

На закінчення, можна зробити висновок, що Proof-of-Work і Proof-of-Stake є двома найбільш популярними алгоритмами консенсусу в світі криптовалют, однак крім них, існує ще цілий ряд механізмів, що мають власні тонкощі і особливості.

Post Author: MizOne

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *