(Короткий) посібник із консенсусних протоколів блокчейну

Ми чуємо багато розмов про те, як публічні блокчейни змінять світ, але щоб функціонувати в глобальному масштабі, спільна публічна книга потребує функціонального, ефективного та безпечного алгоритму консенсусу.

Алгоритм консенсусу, як у біткоіна підтвердження роботи ( ONE, про який ми чуємо найчастіше), робить дві речі: він гарантує, що наступний блок у блокчейні є ONE версією істини, і він утримує потужних супротивників від виходу з колії системи та успішного розгалуження ланцюжка.

На підтвердження роботи майнери змагаються за додавання наступного блоку (набору транзакцій) у ланцюг, змагаючись за вирішення надзвичайно складної криптографічної головоломки. Хто першим розгадає головоломку, виграє в лотерею. У винагороду за свої зусилля майнер отримує 12,5 щойно відкарбованих біткойнів і невелику комісію за транзакцію.

Проте, хоча біткойн і є шедевром, доказ його роботи T зовсім ідеальний.

Загальна критика включає те, що для цього потрібні величезні суми обчислювальна енергія, що він погано масштабується (підтвердження транзакції займає приблизно 10-60 хвилин) і що більшість майнінгу централізовано в регіонах світу, де електроенергія дешева.

Творець Bitcoin Сатоші Накамото розбудив нас про потенціал блокчейну, але це T означає, що ми T можемо KEEP шукати швидші, менш централізовані та більш енергоефективні консенсусні алгоритми, щоб перенести нас у майбутнє.

Хоча це не вичерпний список, нижче наведено кілька альтернативних підходів, які застосовуються там.

Підтвердження участі

Найпоширенішою альтернативою доказу роботи є доказ частки.

У цьому типі консенсусного алгоритму замість того, щоб інвестувати в дороге комп’ютерне обладнання в гонці за видобутком блоків, «валідатор» інвестує в монети системи.

Зверніть увагу на термін валідатор. Це тому, що в доказі частки не існує створення монет (майнінг). Натомість усі монети існують із ONE дня, а валідаторам (їх також називають зацікавленими сторонами, оскільки вони мають частку в системі) сплачують виключно комісію за транзакції.

У підтвердження ставки ваш шанс бути обраним для створення наступного блоку залежить від частки монет у системі, якою ви володієте (або відведеної для ставки). Валідатор із 300 монетами буде в три рази більш вірогідний бути обраним, ніж той, хто має 100 монет.

Після того, як валідатор створить блок, цей блок все ще потрібно зафіксувати в блокчейні. Різні системи proof-of-stake відрізняються за тим, як вони обробляють це. У Tendermint, наприклад, кожен вузол у системі має підписати блок, доки не буде досягнуто більшість голосів, тоді як в інших системах вибирається випадкова група підписантів.

Тепер ми зіткнулися з проблемою. Що перешкоджає валідатору створювати два блоки та вимагати двох наборів комісій за транзакції? І що перешкоджає підписувачу підписувати обидва ці блоки? Це було названо "нічого не поставлено на карту' проблема. Учасник, якому нічого втрачати, не має причин не поводитися погано.

У сфері, що розвивається,криптоекономіка», інженери блокчейну досліджують шляхи вирішення цієї та інших проблем. ONE з відповідей полягає в тому, щоб вимагати від валідатора заблокувати свою валюту в певному типі віртуального сховища.

Якщо валідатор намагається подвійно підписати або форкнути систему, ці монети скорочуються.

Peercoin був першим коіном, який застосував підтвердження частки, за ним пішли blackcoin і NXT. Зараз Ethereum покладається на підтвердження роботи, але на початку 2018 року планує перейти на підтвердження частки.

Підтвердження діяльності

Щоб уникнути гіперінфляції (що трапляється, коли занадто багато валюти заповнює систему), Bitcoin вироблятиме лише 21 мільйон біткойнів. Це означає, що в якийсь момент субсидії на винагороду за блок Bitcoin закінчаться, і майнери Bitcoin отримуватимуть лише комісію за транзакції.

Деякі припускають, що це може спричинити проблеми з безпекою через "трагедія спільнот», де люди діють в власних інтересах і псують систему. Отже, підтвердження діяльності був створений як альтернативна структура стимулів для Bitcoin. Підтвердження діяльності — це гібридний підхід, який поєднує в собі як доказ роботи, так і доказ частки.

На підтвердження активності майнінг починається традиційним методом підтвердження роботи, коли майнери змагаються, щоб вирішити криптографічну головоломку. Залежно від реалізації, видобуті блоки не містять жодних транзакцій (вони більше схожі на шаблони), тому виграшний блок міститиме лише заголовок і адресу винагороди майнера.

У цей момент система перемикається на підтвердження частки. На основі інформації в заголовку вибирається випадкова група валідаторів для підпису нового блоку. Чим більшою кількістю монет у системі володіє валідатор, тим більша ймовірність того, що його виберуть. Шаблон стає повноцінним блоком, як тільки його підпишуть усі валідатори.

Якщо деякі з вибраних валідаторів недоступні для завершення блоку, тоді вибирається наступний виграшний блок, вибирається нова група валідаторів і так далі, поки блок не отримає правильну кількість підписів. Комісія розподіляється між майнером і валідаторами, які підписали блок.

Критика підтвердження активності така ж, як і щодо підтвердження роботи (занадто багато енергії потрібно для видобутку блоків) і підтвердження частки (немає нічого, що заважає валідатору подвійного підпису).

Decred — це єдина монета, яка зараз використовує варіант підтвердження активності.

Доказ опіку

Маючи доказ спалення, замість того, щоб вкладати гроші в дороге комп’ютерне обладнання, ви «спалюєте» монети, надсилаючи їх на адресу, де їх неможливо повернути. Закріплюючи свої монети ніколи-ніколи, ви отримуєте довічну привілей майнити в системі на основі процесу випадкового вибору.

Залежно від того, як реалізовано proof of burn, майнери можуть спалити рідну валюту або валюту альтернативного ланцюга, як-от Bitcoin. Чим більше монет ви спалите, тим більше у вас шансів бути обраним для видобутку наступного блоку.

З часом ваша частка в системі зменшується, тож зрештою ви захочете спалити більше монет, щоб підвищити свої шанси бути обраним у лотереї. (Це імітує процес майнінгу біткойнів, де вам потрібно постійно інвестувати в більш сучасне обчислювальне обладнання, щоб підтримувати потужність хешування.)

Хоча proof of burn є цікавою альтернативою proof of work, протокол все одно марно витрачає ресурси. Інша критика полягає в тому, що потужність майнінгу просто дістається тим, хто готовий витрачати більше грошей.

Єдиною монетою, яка використовує proof of burn, є slimcoin, Криптовалюта на основі peercoin. Він використовує комбінацію proof of work, proof of stake і proof of burn, але це тільки напівактивні в цей час.

Підтвердження дієздатності

Як ми бачили, більшість із цих альтернативних протоколів використовують певний тип схеми оплати за гру. Підтвердження ємності нічим не відрізняється, але тут ви «платите» місцем на жорсткому диску. Чим більше у вас місця на жорсткому диску, тим більше шансів видобути наступний блок і отримати винагороду за блок.

Перед майнінгом у системі підтвердження ємності алгоритм генерує великі набори даних, відомі як «ділянки», які ви зберігаєте на жорсткому диску. Чим більше у вас ділянок, тим більше шансів знайти наступний блок у ланцюжку.

Інвестуючи в терабайти місця на жорсткому диску, ви купуєте собі кращий шанс створювати дублікати блоків і розгалужувати систему. Але з доказом спроможності ми все ще маємо проблему того, що на карту нічого не поставлено, щоб стримувати поганих акторів.

Варіанти підтвердження дієздатності включають підтвердження зберігання та доказ простору. Burstcoin є єдиною Криптовалюта , яка використовує форму підтвердження потужності.

Підтвердження часу, що минув

Виробник мікросхем Intel придумав власний альтернативний протокол консенсусу під назвою підтвердження часу, що минув. Ця система працює подібно до доказу роботи, але споживає набагато менше електроенергії.

Крім того, замість того, щоб учасники розв’язували криптографічну головоломку, алгоритм використовує довірене середовище виконання (TEE), наприклад SGX, щоб блоки створювалися у випадковій лотереї, але без необхідної роботи.

Підхід Intel базується на гарантованому часі очікування, який надається через TEE. За словами Intel, алгоритм підрахунку витраченого часу масштабується до тисяч вузлів і буде ефективно працювати на будь-якому процесорі Intel, який підтримує SGX.

ONE проблема з цим протоколом полягає в тому, що він вимагає від вас довіри до Intel – і чи T довіра до третіх сторін є тим, від чого ми намагалися втекти за допомогою публічних блокчейнів?

Зображення Gumballs через Shutterstock