(Краткое) руководство по протоколам консенсуса блокчейна

Мы много слышим о том, как публичные блокчейны изменят мир, но для функционирования в глобальном масштабе общему публичному реестру необходим функциональный, эффективный и безопасный алгоритм консенсуса.

Алгоритм консенсуса, как у биткойнадоказательство работы (о ONE мы слышим чаще всего) выполняет две функции: гарантирует, что следующий блок в блокчейне будет ONE версией истины, и не позволяет могущественным злоумышленникам вывести систему из строя и успешно разветвить цепочку.

В доказательстве работы майнеры соревнуются за добавление следующего блока (набора транзакций) в цепочку, соревнуясь в решении чрезвычайно сложной криптографической головоломки. Первый, кто решит головоломку, выигрывает в лотерею. В качестве награды за свои усилия майнер получает 12,5 недавно отчеканенных биткоинов — и небольшую комиссию за транзакцию.

Однако, хотя доказательство работы биткоина само по себе является шедевром, оно T совсем идеально.

Распространенные критические замечания включают то, что это требует огромного количествавычислительная энергия, что он плохо масштабируется (подтверждение транзакции занимает около 10–60 минут) и что большая часть майнинга централизована в регионах мира, где электроэнергия дешева.

Создатель Bitcoin Сатоши Накамото пробудил нас к потенциалу блокчейна, но это T значит, что мы T можем KEEP искать более быстрые, менее централизованные и более энергоэффективные алгоритмы консенсуса, которые перенесут нас в будущее.

Ниже приведено несколько альтернативных подходов, хотя этот список и не является исчерпывающим.

Доказательство доли

Наиболее распространенной альтернативой доказательству работы является доказательство доли.

В этом типе алгоритма консенсуса вместо того, чтобы инвестировать в дорогостоящее компьютерное оборудование в гонке за майнинг блоков, «валидатор» инвестирует в монеты системы.

Обратите внимание на термин «валидатор». Это потому, что в proof of stake нет создания монет (майнинга). Вместо этого все монеты существуют с ONE дня, а валидаторы (также называемые стейкхолдерами, потому что они держат долю в системе) получают оплату строго в виде комиссий за транзакции.

В proof of stake ваши шансы быть выбранным для создания следующего блока зависят от доли монет в системе, которой вы владеете (или откладываете для стейкинга). Валидатор с 300 монетами будет иметь в три раза больше шансов быть выбранным, чем тот, у кого 100 монет.

После того, как валидатор создает блок, этот блок все еще должен быть зафиксирован в блокчейне. Различные системы proof-of-stake по-разному справляются с этим. Например, в Tendermint каждый узел в системе должен подписать блок, пока не будет достигнуто большинство голосов, тогда как в других системах выбирается случайная группа подписантов.

Теперь мы сталкиваемся с проблемой. Что должно помешать валидатору создать два блока и потребовать два набора комиссий за транзакции? И что должно помешать подписанту подписать оба этих блока? Это называется «ничего не поставлено на карту' проблема. Участник, которому нечего терять, не имеет причин не вести себя плохо.

В растущей области 'криптоэкономика', инженеры блокчейна изучают способы решения этой и других проблем. ONE из ответов — потребовать от валидатора заблокировать свою валюту в некоем виртуальном хранилище.

Если валидатор попытается поставить двойную подпись или создать форк системы, эти монеты будут удалены.

Peercoin был первой монетой, внедрившей proof of stake, за ней последовали blackcoin и NXT. Ethereum в настоящее время полагается на proof of work, но планирует перейти на proof of stake в начале 2018 года.

Доказательство активности

Чтобы избежать гиперинфляции (которая случается, когда слишком много валюты затопляет систему), Bitcoin когда-либо произведет только 21 млн биткоинов. Это означает, что в какой-то момент субсидия вознаграждения за блок Bitcoin прекратится, и майнеры Bitcoin будут получать только комиссию за транзакции.

Некоторые предполагают, что это может вызвать проблемы безопасности из-за «трагедия общин', где люди действуют в своих интересах и портят систему. Итак,доказательство деятельности был создан как альтернативная структура стимулирования для Bitcoin. Доказательство активности — это гибридный подход, который сочетает в себе как доказательство работы, так и доказательство доли.

В доказательстве активности майнинг начинается в традиционном режиме доказательства работы, когда майнеры соревнуются в решении криптографической головоломки. В зависимости от реализации, добытые блоки не содержат никаких транзакций (они больше похожи на шаблоны), поэтому победный блок будет содержать только заголовок и адрес вознаграждения майнера.

В этот момент система переключается на proof of stake. На основе информации в заголовке выбирается случайная группа валидаторов для подписания нового блока. Чем больше монет в системе у валидатора, тем больше вероятность, что он будет выбран. Шаблон становится полноценным блоком, как только все валидаторы его подпишут.

Если некоторые из выбранных валидаторов не доступны для завершения блока, то выбирается следующий победивший блок, выбирается новая группа валидаторов и так далее, пока блок не получит правильное количество подписей. Плата делится между майнером и валидаторами, которые подписали блок.

Критика доказательства активности та же, что и для доказательства работы (для добычи блоков требуется слишком много энергии) и доказательства доли (нет ничего, что могло бы удержать валидатора от двойной подписи).

Decred — единственная монета, которая на данный момент использует вариант доказательства активности.

Доказательство ожога

С доказательством сжигания, вместо того, чтобы вкладывать деньги в дорогостоящее компьютерное оборудование, вы «сжигаете» монеты, отправляя их на адрес, откуда их невозможно вернуть. Отправляя свои монеты в страну небытия, вы получаете пожизненную привилегию майнить в системе на основе процесса случайного выбора.

В зависимости от того, как реализовано доказательство сжигания, майнеры могут сжигать собственную валюту или валюту альтернативной цепочки, например Bitcoin. Чем больше монет вы сжигаете, тем больше у вас шансов быть выбранным для майнинга следующего блока.

Со временем ваша доля в системе уменьшается, поэтому в конечном итоге вам захочется сжечь больше монет, чтобы увеличить свои шансы на победу в лотерее. (Это имитирует процесс майнинга биткоинов, когда вам приходится постоянно инвестировать в более современное вычислительное оборудование для поддержания вычислительной мощности.)

Хотя доказательство сжигания является интересной альтернативой доказательству работы, протокол все еще тратит ресурсы напрасно. Другая критика заключается в том, что мощность майнинга просто достается тем, кто готов сжечь больше денег.

Единственная монета, которая использует доказательство сжигания, — это slimcoin, Криптовалюта на основе peercoin. Она использует комбинацию доказательства работы, доказательства доли и доказательства сжигания, но только полуактивный в это время.

Доказательство дееспособности

Как мы видели, большинство этих альтернативных протоколов используют некую схему pay-to-play. Доказательство емкости ничем не отличается, но здесь вы «платите» местом на жестком диске. Чем больше у вас места на жестком диске, тем выше ваши шансы на майнинг следующего блока и получение награды за блок.

Перед майнингом в системе proof-of-capacity алгоритм генерирует большие наборы данных, известные как «участки», которые вы храните на жестком диске. Чем больше у вас участков, тем выше ваши шансы найти следующий блок в цепочке.

Инвестируя в терабайты места на жестком диске, вы покупаете себе больше шансов создать дубликаты блоков и разветвить систему. Но с доказательством емкости у нас все еще есть проблема отсутствия риска для сдерживания злоумышленников.

Варианты доказательства емкости включают доказательство хранения идоказательство пространства. Burstcoin — единственная Криптовалюта , использующая форму доказательства емкости.

Доказательство прошедшего времени

Производитель микросхем Intel разработал свой собственный альтернативный протокол консенсуса под названиемдоказательство прошедшего времениЭта система работает аналогично доказательству работы, но потребляет гораздо меньше электроэнергии.

Кроме того, вместо того, чтобы заставлять участников решать криптографическую головоломку, алгоритм использует доверенную среду выполнения (TEE), например SGX, чтобы гарантировать, что блоки создаются случайным образом лотереи, но без необходимой работы.

Подход Intel основан на гарантированном времени ожидания, предоставляемом через TEE. По словам Intel, алгоритм poof-of-elapsed-time масштабируется до тысяч узлов и будет эффективно работать на любом процессоре Intel, поддерживающем SGX.

ONE проблема с этим протоколом заключается в том, что он требует от вас доверия к Intel, а разве T от доверия третьим лицам мы пытались уйти с помощью публичных блокчейнов?

Изображение гумболачерез Shutterstock