Алгоритмы консенсуса в blockchain — что следует знать

Алгоритмы консенсуса позволяют достичь надежности в сетях с несколькими узлами, следя за тем, чтобы все узлы соответствовали определенному правилу.

Внедрив blockchain и криптовалюту биткойн в 2009 году Сатоши Накамото начал эволюцию алгоритмов консенсуса, с тех пор было создано еще много алгоритмов, целью которых является устранение ошибок первого, алгоритма Proof of Work (PoW).

Мы постараемся расставить по полочкам информацию о самых известных и мощных консенсусных алгоритмов в мире.

Алгоритм Proof-of-Work (PoW)

Как уже упоминалось ранее, это первый алгоритм в истории. Хотя такие люди, как Синтия Дворк и Мони Наор в 1993 году, и Маркус Якобсон в 1999 году, имели разные предложения по реализации своей версии алгоритма Proof-of-Work.

С помощью алгоритма доказательства работы сети пользователи, называемые майнерами, должны решать сложные вычисления для получения вознаграждения. Оно приходит в виде единиц или долей криптовалюты, которая работает на блокчейне. Решение необходимых математических вычислений в сети приводит к формированию нового блока.

• Криптовалюты, которые в настоящее время используют этот метод, включают Bitcoin, Ethereum (планируют менять алгоритм в скором времени), Litecoin, Dogecoin, Monero, Dash, Bitcoin Cash и другие.

Эта форма консенсусного алгоритма считается устаревшей, так как с течением времени обнаружено большое количество ошибок, одна из которых – огромная мощность, которую потребляет процесс майтинга. По оценкам экспертов этой мощности достаточно для того, чтобы управлять более чем 5 миллионами домашних хозяйств в Соединенных Штатах и ​​даже для существования некоторых стран мира.

Более того, любой, у кого есть доля в 51%/доступ к доле в 51% сети, может контролировать и манипулировать сетью по своему усмотрению.

Именно эти проблемы привели к реализации других консенсусных алгоритмов, о которых пойдет речь далее.

Алгоритм Proof-of-Stake (PoS)

С помощью алгоритма Proof-of-Stake (PoS), создание блоков и проверка транзакций, а также безопасность сети не зависят от майнеров. Это опирается на тех, кто имеет определенную долю на требуемую сумму криптовалюты в своих кошельках.

Было подтверждено, что алгоритм Доказательства доли владения потребляет меньше энергии, чем его предшественник, PoW. Кроме того, те, кто добывает монеты под этим алгоритмом, вряд ли являются владельцами этих криптовалют.

Несмотря на огромные преимущества и анонс гиганта Ethereum о смене алгоритма с PoW на PoS, он получил некоторые критические замечания, одним из которых является проблема «Нечего терять». Если пользователи решат не финансировать свои монеты/токены, консенсус не будет достигнут, и это может привести к остановке сети. Кроме того, поддерживается любая сеть, даже мошенническая.

• Этот алгоритм успешно реализован большим количеством популярных проектов, в том числе NEO, Ethereum (скоро переходит), Pivx, Okcash, NAV, Stratis, Reddcoin и другие.

Алгоритм Delegated Proof-of-Stake (DPoS)

DPoS, иначе известный как Делегированное доказательство доли владения, представляет собой технологическую демократию. Он использует систему голосования в режиме реального времени, которая сочетается с социальной системой для достижения консенсуса в сети. Это похоже на PoS, так как пользователям по-прежнему приходится вкладывать в криптовалюты, но на этот раз голоса выбираются для выбора супер представителей, чьи задания предназначены для защиты сети. Те, за кого проголосовали, называются «делегатами», число делегатов в системе DPoS составляет от 21 до 100. Алгоритм считается более децентрализованным, поскольку это управляемая сообществом демократическая система.

В отличие от PoW и PoS, DPoS является еще более энергосберегающим. Из-за ограниченного времени пользователи должны добавить следующий блок в сеть, существует сокращение стоимости энергии при добавлении новых блоков. Кроме того, DPoS считается действительно децентрализованным, поскольку заинтересованные стороны являются теми, кто голосует, тем самым облегчая для сообщества возможность выгнать всех, кто, по их мнению, не подходит.

• Криптовалюты, которые успешно реализовали систему DPoS, включают BitShares, Lisk, EOS, Steem, Nano, Ark и Cardano.

Помимо указанных преимуществ, форма достижения консенсуса DPoS не без собственных ошибок, и аналитики указывают, что в сети нет достаточной децентрализации.

Алгоритм Proof-of-Authority (PoA)

В PoA транзакции и создание блоков проверяются одобренными в сети учетными записями, которые, как известно, являются валидаторами. Уполномоченные владельцы этих учетных записей не должны предпринимать никаких особых усилий при запуске сети, поскольку процесс автоматизирован. Тем не менее валидаторы должны следить за тем, чтобы их компьютеры работали с обеспечением оптимальной производительности.

При размещении в сети PoA пользователи должны раскрыть, какое участие они принимают в валидации блоков сети. PoA отличается от PoW и PoS в том смысле, что майнинг не проводится, что устраняет дорогостоящее специализированное оборудование, а также расходы на электроэнергию.

• Не многие проекты внедрили систему согласования PoA, несколько известных из них – POA Network, а также тестовая сеть Ethereum Kovan, которая, как утверждается, реализовала данный алгоритм.

Алгоритм Proof-of-Weight (PoWeight)

PoWeight основан на Algorand, консенсусной модели. В этой сети Algorand присваивает некий вес каждому пользователю. До достижения консенсуса система гарантирует, что высокая доля пользователей согласна.

Пользователи «взвешиваются» в зависимости от того, сколько токенов они имеют в своих аккаунтах. Пока пользователи имеют более высокую долю, в основном 2/3 денег, сеть может нормально функционировать, а также избегать форков и двойных расходов.

Как и остальные, система PoWeight является энергоэффективной, она также обладает высокой масштабируемостью. Единственное, что не радует, это то, что получать награды в системе PoWeight может быть довольно трудно.

• Этот алгоритм реализован в сетях Algorand, Filecoin и Chia.

Алгоритм Byzantine Fault Tolerance (BFT)

Задача византийских генералов или BFT предполагает, что компоненты могут выйти из строя и привести, в таком случае, к несовершенной информации. Так, активные участники должны договориться о стратегии, чтобы избежать полного сбоя системы.

Задача византийских генералов предполагает высокую пропускную способность сети, однако речь идет о централизации.

Еще один способ решения проблемы византийских генералов – федеративное византийское соглашение (FBA). Таким образом, каждый генерал отвечает за конкретную цепь, сортирует сообщения, чтобы установить истину. Эти генералы в сети являются привычными нам валидаторами. Так, например, в Ripple генералы (валидаторы) выбираются заранее основателями компании. А в сети Stellar любой пользователь может стать валидатором, сообщество должно решить, кому доверять. Такой консенсус открывает высокую пропускную способность, низкие издержки и высокую масштабируемость.

• Проекты, которые используют алгоритм BFT, включают в себя Hyperledger, Stellar, Dispatch и Ripple.

Алгоритм Directed Acyclic Graphs (DAGs)

Технология DAG считается Web 3.0. В этом алгоритме новые транзакции подтверждают предыдущие. DAG все еще придерживаются идеи сайдчейнов — одновременно выполняют разные транзакции в разных цепочках. NXT – первая криптовалюта, реализовавшая DAG.

Преимущества DAG многочисленны. Можно назвать высокоскоростные транзакции, которые проводятся в течение нескольких секунд, по сравнению с алгоритмами PoW и PoS. Во-вторых, майнинг не производится в сети DAG, так как проверка новых транзакций зависит от ранее подтвержденных.

• Криптовалюты, реализующие DAG, включают в себя IOTA, Oyster PRL, Radix, IoT Chain (планируется переход в 2019 году), HCash, Aidos Kuneen и ByteBall.

Конечно, это далеко не все существующие консенсусные алгоритмы, однако выше представлены самые популярные, которые используются крупными криптовалютными проектами.

Автор: Ольга Новикова, аналитик Freedman Club Crypto News

Изображение от Fotolia