Что такое механизмы консенсуса?

Механизмы консенсуса Blockchain - это краеугольный камень зарождающегося децентрализованного общества Web3, финансов и управления. Однако архитекторы этого нового мира долгое время спорили о конструкции этих механизмов. И в поисках идеального баланса между масштабируемостью, безопасностью и децентрализацией они создали бесконечный список вариантов.

Поэтому каждый, кто хочет построить или сравнить блокчейн и соответствующие экосистемы, должен прочесать историю компромиссов. Вот что Вам нужно знать, чтобы ввести Вас в курс дела.

Выводы:

• Механизм консенсуса - это игровая система протоколов, которая позволяет децентрализованной компьютерной сети согласовывать состояние блокчейна. Их цель - обеспечить баланс безопасности, масштабируемости и децентрализации сети.
• Индустрия в основном остановилась на механизмах консенсуса proof of work (PoW) и proof of stake (PoS).
• Принятие пользователями и разработка приложений вокруг самых популярных блокчейнов затруднили альтернативным механизмам консенсуса выход из строя.
• Но недавний переход Ethereum с PoW на PoS продемонстрировал, что срыв возможен.

Это руководство объяснит, как работают механизмы консенсуса и какие критические различия существуют между наиболее известными типами.

Как работают механизмы консенсуса

Чтобы понять, как работают механизмы консенсуса, важно сначала осознать, что конечной целью является ведение безопасной и публичной записи всех взаимодействий и транзакций участников сети. Майнеры или узлы валидатора управляют всеми обновлениями и изменениями этой записи. В такой системе очень важно создать надежный способ, гарантирующий, что ни один из участников не попытается обмануть других участников и что они добавят честные транзакции в бухгалтерскую книгу. Например, пользователи не должны иметь возможности дважды тратить принадлежащие им активы или манипулировать системой, чтобы иметь больше монет, чем у них было изначально.

Механизм консенсуса представляет собой набор протоколов и правил, которые использует блокчейн-бухгалтерия для защиты от таких потенциально вредоносных транзакций. В большинстве случаев протокол достигает этого с помощью криптографических задач и поощрений, которые позволяют лидерам сети (майнерам или валидаторам) проверять подлинность каждой транзакции, которую пытаются выполнить пользователи. Как только валидаторы достигают соглашения (консенсуса) о легитимности транзакции, протокол добавляет ее в неизменяемую запись блокчейна.

Механизмы консенсуса используют стимулы и вознаграждения, обычно новые монеты, чтобы побудить лидеров сети предлагать коллегам только легитимные транзакции. Это усложняет и удорожает жизнь тем, кто пытается обмануть систему. В большинстве протоколов пользователи должны одновременно контролировать более 51% вычислительной мощности сети или приобрести значительную часть валюты, лежащей в основе сети.

Почему существуют разные типы?

Архитекторы блокчейна разработали различные типы механизмов консенсуса для различных случаев использования блокчейна и условий сети. Они также предоставляют проектам множество способов решения знаменитой трилеммы блокчейна.

Трилемма предполагает, что распределенные системы могут удовлетворить только два из трех требований: масштабируемость, децентрализация и безопасность. Таким образом, блокчейн должен найти компромисс, исходя из своей конкретной цели.

Источник: Ledger

В реальном мире доказательство работы (PoW) в Bitcoin способствует децентрализации и безопасности, в то время как модель доказательства доли (PoS) в Ethereum больше опирается на масштабируемость для работы децентрализованных приложений (dapps). Однако этот пример является чрезмерным упрощением, поскольку дебаты о безопасности протоколов и децентрализации сложны и полны нюансов.

Читайте также: Почему Ethereum стал более децентрализованным после слияния

Более того, другие механизмы консенсуса блокчейна реализуют модифицированную версию PoW или PoS в зависимости от степени скорости, безопасности или децентрализации, которую они хотят достичь.

Механизмы консенсуса в блокчейне

Создатель Биткойна представил миру новый способ децентрализованного достижения консенсуса между участниками компьютерной сети относительно состояния бухгалтерской книги. С тех пор технологи экспериментировали с другими моделями консенсуса, применяя упомянутые выше компромиссы.

Доказательство работы (PoW)

Механизм консенсуса "кулак", Proof of Work, был изобретен создателем Биткойна Сатоши Накамото. Другие блокчейн-сети, включая Litecoin и Dogecoin, также приняли его. Модель требует от лидеров сети, называемых майнерами, тратить вычислительные мощности на решение чрезвычайно сложной криптографической головоломки. Если майнер первым решил головоломку и представил это "доказательство работы" другим коллегам, он получает право добавить новый блок в блокчейн и получить соответствующее вознаграждение в виде монет.

Читайте также: Что такое Proof-of-Work?

Безопасность модели PoW заключается в огромном количестве вычислительной мощности, которую майнеры расходуют в бесконечной гонке за решение следующего доказательства работы. Когда несколько майнеров действуют в интересах сети, экономическая стоимость атаки на систему значительно возрастает, и злоумышленнику становится нецелесообразно пытаться действовать иначе.

PoW делает Биткойн самой защищенной вычислительной сетью на планете. Однако многие имеют неверное представление об энергопотреблении сети, о чем мы рассказываем в нашем подробном руководстве по блокчейнам PoW.

Доказательство доли (PoS)

Доказательство доли появилось в 2012 году как альтернатива PoW Биткойна. Эта модель заменила майнеров на валидаторов, требуя, чтобы заинтересованные организации ставили на кон значительную часть валюты базовой сети за право предлагать и добавлять новые блоки в блокчейн. Безопасность сети обусловлена выравниванием стимулов, поскольку наличие значительной доли естественно требует от валидаторов действовать добросовестно.

Читайте также: Руководство инвестора по Proof-of-Stake

Ethereum стал крупнейшей PoS-сетью после исторического перехода от PoW в 2022 году. Хотя монеты PoS составляют всего 29% от всей стоимости криптовалютного рынка, механизм консенсуса является наиболее широко используемым. Другие популярные блокчейны, такие как BNB Chain и Cardano, реализуют эту модель, несмотря на ее широко известные компромиссы в области безопасности, о которых рассказывается в руководстве по доказательству доли в блокчейне.

Читайте также: Proof of Work против Proof of Stake

Делегированное доказательство доли (DPoS)

Механизм консенсуса с делегированным доказательством доли (DPoS) - это модифицированная версия PoS, которая обычно считается более демократичной. Согласно этой модели, пользователи ставят токены, чтобы проголосовать за делегатов, которые будут подтверждать транзакции в сети. Чем больше токенов делегировано валидатору, тем больше у него шансов выпускать блоки в сети и получать вознаграждения, которые он делит со стейкерами. Примерами ведущих блокчейн-сетей, работающих по модели DPoS, являются Solana, Tron, EOS и Tezos.

Доказательство полномочий (PoA)

Доказательство авторитета (Proof of authority, PoA) - это модель консенсуса, при которой валидаторы сети состоят из заранее одобренных участников, выбранных на основе их репутации. Обычно он идеально подходит для частных блокчейнов или специфических организационных случаев использования, когда для обновления бухгалтерской книги требуется только ограниченный набор валидаторов. Небольшое количество валидаторов, необходимых для системы PoA, делает их очень масштабируемыми, но централизованными. Vechain и сайдчейн Liquid от Blockstream - самые известные примеры публичных блокчейнов, использующих реализацию PoA.

Подтверждение деятельности (PoA)

Доказательство деятельности (Proof of activity, PoA) - это гибридная модель консенсуса, которая реализует аспекты PoW и PoS. Процесс начинается с того, что майнеры решают криптографическую головоломку, чтобы предложить новый блок, который, в свою очередь, подписывается валидаторами перед добавлением в блокчейн. Майнеры и валидаторы получают часть вознаграждения за блок за свой вклад в безопасность сети. Decred - это самый яркий пример блокчейн-проекта, работающего на основе доказательства полномочий.

Доказательство ожога (PoB)

Механизм консенсуса "доказательство горения" (PoB) реализует новый подход к снижению высоких энергетических требований систем PoW. Согласно этой модифицированной модели, майнеры сжигают часть своих монет, чтобы получить виртуальные майнинговые машины, которые дают им право предлагать и добывать новые блоки. Майнеры переводят средства на адреса, которые можно проверить и не тратить, и сосредотачиваются на развитии своих виртуальных майнинговых установок для получения максимальной прибыли. Slimcoin, запущенный в 2014 году, реализует модель консенсуса PoB, как и модульный блокчейн Koinos, который был запущен в 2022 году.

Доказательство возможностей (PoC)

Proof of capacity (PoC) - это еще одна модель консенсуса, которая пытается снизить высокие энергетические требования PoW. Блокчейн, использующий эту модель, требует, чтобы майнеры использовали свободное место на жестком диске своего компьютера для решения менее сложной криптографической головоломки. Ответ на дилемму заранее хранится в памяти, когда пользователь становится узлом. Большее пространство на жестком диске увеличивает шансы майнера на получение вознаграждения за блок. Блокчейны первого поколения, такие как Chia, SpaceMint и Storj, реализуют модель PoC.

Доказательство прошедшего времени (PoET)

Доказательство прошедшего времени (Proof of elapsed time, PoET) - это алгоритм консенсуса, разработанный корпорацией Intel и используемый в основном в блокчейн-сетях с разрешением. В нем реализована модель, похожая на лотерею, для выбора валидатора для следующего блока. Использование неизменяемого и открыто проверяемого кода гарантирует, что все участники имеют равные шансы быть выбранными в качестве валидаторов. Примечательно, что для участников PoET обычно не предусмотрено никаких экономических вознаграждений, поскольку эта модель используется в основном для организаций и корпораций. Решение Hyperledger Sawtooth, ориентированное на предприятия, реализует модель PoET.

Доказательство истории (PoH)

Доказательство истории - это основанная на времени модель консенсуса, пионером которой стал блокчейн Solana. Он устраняет недостаток систем PoW: ресурсы, затрачиваемые валидаторами на согласование времени и порядка транзакций. PoH реализует функцию внутренних часов, основанную на криптографическом доказательстве, чтобы обеспечить практически мгновенную обработку и окончательность транзакций. Solana - единственный известный публичный блокчейн, использующий эту модель консенсуса, хотя проект дополняет ее PoS и другими технологиями для обеспечения масштабируемости.

Что это значит для инвесторов

Модели консенсуса предоставляют метрику для оценки долгосрочного потенциала проекта. Наиболее жизнеспособные сети в идеале имеют четкий путь к устойчивости и масштабируемости, сохраняя при этом разумный уровень децентрализации. Хотя могут появиться новые модели консенсуса, наиболее широко распространенные реализации будут продолжать играть важную роль по мере того, как индустрия будет продвигаться к основному внедрению.

Отказ от ответственности：

1. Эта статья перепечатана с сайта[blockworks]. Все авторские права принадлежат автору оригинала[JOHN LEE QUIGLEY&JOHN GILBERT]. Если у Вас есть возражения против этой перепечатки, пожалуйста, свяжитесь с командой Gate Learn, и они незамедлительно рассмотрят их.
2. Предупреждение об ответственности: Мнения и взгляды, выраженные в этой статье, принадлежат исключительно автору и не являются инвестиционным советом.
3. Перевод статьи на другие языки осуществляется командой Gate Learn. Если не указано, копирование, распространение или плагиат переведенных статей запрещены.