Безопасность, децентрализация и равные права. Как работает блокчейн

Что такое механизм консенсуса, зачем он нужен и каким бывает. От PoW, на котором работает блокчейн биткоина, до PoET, созданного Intel

Блокчейн позволяет пользователям просматривать и обновлять единый, общий реестр транзакций, который поддерживается децентрализованным способом без присутствия доверенной третьей стороны. Именно через механизм консенсуса обновляется эта цепочка блоков, механизм, которой обеспечивает четкое и однозначное упорядочение транзакций и блоков и гарантирует целостность и согласованность содержимого этой цепочки между различными распределенными узлами сети.

В рамках публичного блокчейна каждый может создать собственный распределенный узел. Следовательно, необходимо согласовать механизму согласованности между этими узлами, которых, как правило, много, чтобы эффективно снизить вероятность атаки Sybil или DDoS. Первоначально эта проблема была решена с помощью самых первых платформ блокчейнов, потребовав от узлов, чтобы они предоставили «доказательство работы». Этот концепт было весьма трудно реализовать, но можно было легко проверить (Proof of Work или PoW). Тем не менее, публичные или частные блокчейн-платформы должны отвечать растущим требованиям приложений, для которых они предназначены:

• Высокая производительность: (низкая задержка, большое количество транзакций в секунду)
• Широкая масштабируемость
• Низкое потребление электроэнергии
• Безотзывность сделок
• Высокая устойчивость к атакам

Хотя механизм PoW позволил установить надежный консенсус в глобальной сети, он совсем не подходит для приложений, требующих, например, очень высокую пропускную способность транзакций. Для преодоления этих различных ограничений были разработаны и внедрены новые механизмы консенсуса.

Какова цель механизмов консенсуса?

Цель механизма консенсуса в сети состоит в том, чтобы позволить членам сети согласовывать текущее состояние истории транзакций. Другими словами, это процесс, который позволяет сети, совместно использующей общую историю (блокчейн), согласовать действительность и порядок транзакций, которые будут добавлены в историю, путем последовательного добавления новых блоков.

Можно выделить следующие цели:

• Достижение консенсуса: механизм объединяет все групповые соглашения в максимально возможной степени.
• Взаимодействие: каждая группа стремится к соглашению, которое отвечает интересам группы в целом, все люди должны работать в команде и оставят свои личные интересы в стороне.
• Равные права: каждый участник имеет одинаковое значение при голосовании. Это означает, что голос каждого человека очень важен.
• Участие: каждый участник группы должен участвовать в голосовании. Никто не останется вне голосования.

Описание алгоритмов консенсуса:

Proof-of-work (PoW)

Proof-of-work — это алгоритм консенсуса, используемый для достижения соглашения, который определяет, какие из блоков будут добавлены в цепочку после майнинга. Цель этого протокола состоит в том, чтобы избежать кибератак, таких как отказ в обслуживании (DDoS). Он работает через добавление задачи, на которую требуется затратить весомый объем ресурсов. При этом валидатор на проверку будет тратить намного меньше времени. PoW является фундаментальным понятием для криптовалют, и в блокчейне этот алгоритм является ключевым фактором, при генерации новых блоков в цепочке. С PoW майнеры соревнуются друг с другом в совершении онлайн-транзакций и получении вознаграждений. В сети пользователи отправляют друг другу цифровые токены. База данных децентрализована и отвечает за все транзакции в блоках.

Proof-of-stake (PoS)

Proof-of-Stake (PoS) — это категория согласованных алгоритмов для открытых цепочек блоков, которые зависят от экономических интересов валидатора в сети. В общедоступных цепочках блоков, основанных на PoW (например, BTC и текущая реализация ETH), алгоритм поощряет участников, которые решают задачи криптографического шифрование для проверки транзакций и создания новых блоков (например, майнинга). В открытых цепочках блоков, основанных на PoS, группа валидаторов по очереди предлагает и голосует за следующий блок, и вес голоса каждого валидатора (то есть валидация) зависит от размера вашего депозита. Существенные преимущества PoS включают безопасность, снижение риска централизации и энергоэффективности. В общем, алгоритм выглядит следующим образом. Блокчейн отслеживает набор валидаторов, и любой, кто имеет базовую криптовалюту блокчейна, может стать валидатором, отправив транзакцию особого типа. Процесс создания и принятия новых блоков осуществляется через согласованный алгоритм, в котором могут участвовать все существующие валидаторы.

Leased proof of stake (LPoS)

В консенсусе LPoS держатели низких сумм в своем кошельке не смогут проверить блок — так же, как и майнеры с низким хэшрейтом не смогут добывать блок в PoW. На практике в обоих случаях обслуживание сети зависит от ограниченного числа пользователей с большим спектром полномочий (большие суммы или высокие показатели вычислительной мощности). Однако, чем больше распределена сеть, тем больше она будет защищена от бесчисленных типов атак. LPoS делает это, позволяя пользователям сдавать свои балансы в аренду. Арендованные средства остаются под полным контролем владельца и могут быть перемещены или потрачены в любое время (когда заканчивается срок аренды). Арендованные монеты увеличивают «вес» узла, увеличивая ваши шансы добавить блок в цепочку блоков. Все полученные вознаграждения распределяются пропорционально арендаторам.

Delegated proof of stake (DPoS)

DPoS работает таким образом, что валидаторы являются основными действующими лицами в любой конкретной сети блокчейна. Владельцы несут ответственность за голосование валидаторов, которым поручено проверить транзакции и формировать блоки.Это дает возможность исключить двойные траты и обеспечить безопасность. По сути, DPoS — это вариация PoS, которая была разработан для снижения затрат и высокого потребления электроэнергии, связанных с механизмами типа PoW. Метод DPoS был впервые реализован на платформе BitShares, разработанной ведущим разработчиком BitShares Даниэлем Ларимером. С тех пор другие блокчейны, такие как Крипти или Лиск, внедрили аналогичные системы ОИ. Разница между классическим механизмом PoS и механизмом DPoS аналогична разнице между PoS и DPoS. Для классического PoS у каждого пользователя есть определенная криптовалюта, которую он будет блокировать в конце размещения, то есть для участия в процессе проверки транзакции и формирования распределенного консенсуса, чтобы получить вознаграждение. В системе DPoS каждый портфель, содержащий единицы криптовалюты, может голосовать за делегатов пропорционально количеству принадлежащих ему единиц. Именно эти делегаты (101 в первой реализации BitShares), которые выполняют проверку транзакций, подписывая каждый новый блок своим закрытым ключом, гарантируют неприкосновенность данных реестра и возмещают стоимость транзакций, введенных в блок.

Proof-of-Capacity (PoC)

Этот конкретный алгоритм «майнинга» требует от пользователей совместного использования доступного места на HDD. В частности, для подтверждения емкости требуется, чтобы пользователи выделяли большое количество места на жестком диске, чтобы начать процесс генерации новых токенов. В определенном случаи это место на жестком диске используется в качестве хранения больших объемов данных. Выделение большего количества доступного места на HDD позволит пользователям иметь больше «участков» данных. Если хэш вместе заголовком последнего блока меньше определенного значения, пользователь генерирует блок. Этот принцип майнинга идентичен PoW, несмотря на отсутствие мощного компьютерного оборудования, задействованного каким-либо образом. Хранение данных является ценным для многих людей, и свободное место на HDD может быть использовано для получения небольшой пассивной выручки с помощью PoC. Прежде чем кто-либо даже подумает о покупке десятков жестких дисков для майнинга на этой системе, будьте уверены, это не будет стоить вашего времени. Те, которые имеют очень низкую ценность за токен, что означает, что вам понадобится очень большая сумма этой валюты, чтобы заработать немного денег. Даже тогда вам все еще нужно найти людей, желающих выкупить эти монеты, что иногда может быть довольно проблематичным. PoС может принести следующие преимущества: значительно сократить растрату ресурсов. После того, как пользователь платит один раз за место на жестком диске, последующий майнинг не требует сверхусилий.

Proof-of-Importance (PoI)

PoI — это консенсусный алгоритм, применяемый на площадке NEM. Proof of Importance — это модифицированный Proof of Stake, поскольку он не только оценивает количество токенов, но также учитывает активность счета и непрерывного пребывания в сети. Основанный в Сингапуре и запущенный в 2015 году, проект NEM направлен, прежде всего, на создание блокчейна, именуемой «Системой интеллектуальных активов», способного обрабатывать большой объем операций. Хотя интеллектуальные активы, выпущенные в рамках блокчейна, не являются новизной для криптоиндустрии. Это дает возможность майнерам работать на любом оборудовании, гарантируя полную безопасную сеть, которая может развиваться без ограничений.

Proof-of-Burn (PoB)

Название Proof of Burn говорит само за себя, это алгоритм который сжигает токены. Чтобы получить новую валюту, нужно «уничтожить» (сжечь) n-ное количество другой криптовалюты, полученной в системе pow. В теории, это приведет к тому, что каждая новая криптовалюта будет иметь стоимость уничтоженного токена. Другими словами, процесс «горения» токенов представляет силу виртуального майнинга, чем больше токенов пользователь инвестирует, тем больше у него мощности майнинга, и, следовательно, более высокие вознаграждения, поскольку, это станет большим шансом стать валидатором следующего блока.

Proof-of-Authority (PoA)

Алгоритм Proof of Authority в основном используется в сетях, где требуется аутентификация пользователя. Это связано с тем, что в PoA личность пользователя должна быть известна. Для сети это означает, что только доверенные ноды могут участвовать в майнинге. Если это доверие нарушено, сеть может заблокировать доступ для данного пользователя. В PoA мы можем столкнуться с полной централизацией, так как этот алгоритм может использоваться в закрытых пулах. Конечно, существует также возможность децентрализации, когда сетевое сообщество выбирает доверенных лиц — как в DPoS (однако в DPoS можно оставаться инкогнито). Блокчейны с Proof of Authority (PoA) входят в число «разрешенных» блокчейнов доступ к механизму консенсуса для участвующих валидаторов разрешен только должно быть — в отличие от «неразрешенных» блокчейнов, таких как PoW или PoS, в в принципе, каждый может принять участие в поиске консенсуса. Алгоритмы работают пошагово. В каждой транзакции выбран узел, который выступает в качестве лидера майнинга.

Proof-of-Elapsed-Time (PoET)

Чипмейкер Intel представила свой собственный альтернативный согласованный протокол под названием Time Elapsed Test. Эта система работает по принципу PoW, но потребляет гораздо меньше электроэнергии. Кроме того, чтобы участники решали криптографическую головоломку, алгоритм использует надежную среду исполнения (TEE) — такую как SGX — для обеспечения того, чтобы блоки создавались случайным образом, но без необходимой работы. Подход Intel основан на времени ожидания, предоставляемом через TEE. По словам Intel, алгоритм масштабируется на тысячи узлов и будет эффективно работать на любом процессоре Intel, поддерживающем SGX. Единственный недостаток этого протокола заключается в том, что он требует, чтобы вы полагались на Intel в качестве централизованного сервера.