Какие алгоритмы консенсуса применяются в блокчейне
Блокчейн имеет децентрализованную природу, и для согласования его содержимого должны быть приняты определенные правила. Такие правила называются консенсусом. Он определяет, в каком порядке блоки транзакций будут включены в цепочку. Консенсус нужен блокчейну, например для того, чтобы избежать двойной траты (double spending).
Видов алгоритма консенсуса существует множество, но среди них можно выделить два основных типа, которые основываются на доказательстве работы (proof-of-work) и подтверждении доли (proof-of-stake). Каждый из них имеет свои особенности, достоинства и недостатки.
Основные алгоритмы консенсуса
Byzantine fault tolerance (BFT — задача византийских генералов)
Этот вид консенсуса позволяет блокчейну поддерживать целостность, даже если есть помехи в нескольких узлах. Основной принцип этого подхода заключается в том, что «хорошие» узлы всегда будут перевешивать «плохие». Каждый из узлов обязан сообщать свои заключения, на основе этой информации и достигается консенсус. Этот консенсусный подход используют такие проекты, как Stellar, Hyperledger и Ripple. Основным недостатком BFT является то, что анонимность системы делает её менее эффективной, чем другие блокчейн-системы.
Proof-of-work (PoW — доказательство выполнения работы)
Этот подход является одним из наиболее популярных, так как используется в сети Bitcoin. В отличие от предыдущего подхода, узлы не обязаны предоставлять заключения до достижения консенсуса. Вместо этого блокчейн использует функцию хеширования, чтобы обеспечить определенные условия, которые позволят отдельным узлам предоставить информацию для проверки остальными узлами.
Алгоритмы хеширования также предоставляют протоколы, которые не могут работать с неправильной информацией, если была предоставлена таковая. Узлы блокчейна биткойна, которые подбирают информацию, называются майнерами и награждаются за работу биткоинами. Майнеры используют сложное оборудование, чтобы проверить транзакции, прежде чем они будут добавлены в качестве нового блока.
У этого консенсуса два основных недостатка: первый — высокая стоимость энергии и необходимость в специфическом оборудовании для майнинга; второй — вероятность мошенничества — когда один человек контролирует более 50 процентов узлов, что даёт ему возможность подтвердить ложную информацию — оценивается в 51%.
Proof-of-Stake (PoS — подтверждение доли)
В отличие от предыдущего, этот консенсусный подход не опирается на алгоритмы хеширования. Чтобы подтвердить право собственности на свою долю (монеты или токены), в блокчейне используются цифровые подписи. Каждый участник имеет шанс случайным образом быть выбранным создателем нового блока, то есть валидатором, и этот шанс увеличивается пропорционально его доле. Таким образом, консенсус становится чем-то схож с лотереей. Вознаграждением в данном случае также являются монеты проекта.
Примеры других алгоритмов консенсуса
Proof-of-Elapsed-Time ( PoET — доказательство истёкшего времени)
Этот консенсусный алгоритм нацелен на эффективность. Выбор лидера осуществляется из наибольшей выборки индивидуумов. Отличие этого консенсуса от других заключается в высокой нагрузке на центральный процессор, что позволяет ему работать на любом устройстве с достаточно мощным центральным процессором. Этот алгоритм основывается на PoS и PoW и использует мощности GPU и ASICs, чтобы облегчить майнинг.
Этои консенсусный подход, как и PoS, имеет один общий недостаток. Номинальная стоимость валюты является заданным значением. В PoS-консенсусе ценность порождает наличие доли, а в PoW — достаточной вычислительной мощности. В консенсусе PoS заданная оценка стоимости является слишком негибкой, чтобы удовлетворять различные нужды децентрализованной организации.
Proof-of-Value alternative (PoV — доказательство ценности)
Backfeed создали альтернативный консенсус PoV, отличающийся от PoS и PoW. По сути, алгоритм консенсуса определяет, какова воспринимаемая степень полезности вклада участника в определенную коллективную работу. Таким образом, власть в блокчейне распределяется в соответствии с воспринимаемой ценностью.
Основным отличием этого консенсусного алгоритма является его гибкость и податливость. В PoW, пока вычислительная мощность выше, чем у остальных майнеров, вы сможете больше. Ваша ценность определяется только тем, каким объемом мощностей вы обладаете. В PoS, чем больше ваша доля, тем выше вероятность того, что вас выберут валидатором.
Proof-of-value позволяет сделать шаг вперед, давая пользователю возможность определить его роль в блокчейне. Механизм Proof-of-value полагается на криптовалюты, рейтинги или баллы. Рейтинг зависит от репутации и определяет вероятность того, что блокчейн выберет пользователя в качестве валидатора. Эта характеристика является индивидуальной и оценивает доверие и надежность пользователя по мнению остальных. Чем более надежным пользователя считают другие, тем выше будет его репутация.
В отличие от других блокчейнов, репутация может меняться в зависимости от действий и восприятия блокчейна. Пользователь может приобрести доверие и авторитет, создавая блага для всей системы, что повысит его репутацию. Однако снижение воспринимаемой ценности всей системы повлечет за собой ухудшение репутации.
Основная предпосылка алгоритма проста: это механизм, который может быть использован для нахождения консенсуса на основании существующей платформы. Эта податливость делает данный подход пригодным для использования децентрализованными организациями, у которых нет жесткой цели. Децентрализованным организациям нужна гибкость для реализации решений менеджмента, чей консенсус может быть достигнут только специфическим путем. В случае с децентрализованными организациями доказательство ценности является лучшим решением, чем другие существующие консенсусные алгоритмы.
Примеры использования PoV
Примером может быть децентрализованное сообщество ученых, которые пытаются найти лекарство от генетического заболевания. Они хранят результаты своих исследований на децентрализованном блокчейне.
Применение PoW, PoS, PoET и BFT представляется невозможным, так как все эти алгоритмы будут придавать ценность вычислительной мощности, размеру доли, решению большинства или эффективности. Однако PoV признает, что настоящей ценностью в блокчейне обладают данные, относящиеся к исследованию в этой области. Это дает возможность ученым, обладающим наибольшим количеством информации по данной теме, прийти к консенсусу, так как это позволит лучшим образом осуществить надлежащий контроль другими участниками. Таким образом теряется необходимость в остальных консенсусных алгоритмах. PoV является лучшим решением для децентрализованных организаций, которые занимаются решением социальных проблем.
