A konszenzus-algoritmusok különböző típusai – CoinCentral

A konszenzus algoritmus a számítástechnikában használt eljárás, amelyben a résztvevők egy elosztott A hálózat megállapodik a hálózat állapotáról vagy egyetlen adatérték állapotáról, és bizalmat alakít ki a hálózatban lévő ismeretlen társak között. 

A konszenzusos algoritmusokat úgy alakították ki, hogy a blokklánc tagjai megállapodjanak egy tranzakció érvényesítéséről a hálózaton, megváltoztassák a hálózati paramétereket, eldöntsék, mely csomópontok megbízhatóak az új blokkok feldolgozásához, és más fontos funkciókat hajtanak végre.

Ne hagyja, hogy ennek a cikknek a technikai jellege megzavarja – a „konszenzus” megtalálása mindenhol körülöttünk van – ez egy nagyon emberi fogalom, de csak valamire vonatkoztatják, ami automatizálható. 

Kezdetben a központosított rendszerekben a konszenzusos feladatokat egy központi hatóság látja el. 

Az olyan decentralizált rendszerekben, mint a Bitcoin, több száz, több ezer, sőt több százezer bányászból vagy csomópontból álló hálózattal rendelkezünk, amelyek egyesülnek egy vagy több feladat elvégzésére, és megbízható és hatékony ökoszisztémát biztosítanak.

Ha ezzel a példával a decentralizált konszenzusra gondolunk, tegyük fel, hogy egy négy barátból áll, és az egyik tag, Alex bemutat egy ötödik személyt, Bobot. Amikor Bob távozik, valószínűleg a csoport elkezd beszélni Bobról (ez a protokoll), hogy megnézzék, tetszett-e nekik (az eredmény a „konszenzus” lesz). 

José: „Bob menő srácnak tűnik.”

Kevin: „Igen, klassz srác. hogy találkoztál vele?”

Alex: „Az egyik pénzügyi osztályomra járt még az egyetemen; kriptokereskedelemmel kapcsolatos tippeket osztunk meg, és végül elég vicces srác lett.”

Kevin: "Szép, de a mémjei nagyon furcsák voltak."

John: Egyszerűen nem érted a mémkultúrát.

José: „Igen, nem tölt sok időt a TikTok lapozásával – szerintem elég viccesek voltak.”

Ebben a példában „konszenzus” született arról, hogy Bob jól integrálódik-e a baráti csoportba. Gyakran előfordul a szükséges konszenzusra, konkrét kötelezettségvállalások vagy szerződések hiányában is. Az egyik résztvevő, Kevin, nem szívesen engedi be Bobot a csoportba, de José, Alex és John jóban vannak Bobbal.

Ebben az esetben, ha a fenti példát konszenzusos algoritmusba kodifikálnánk: akkor a 3 „ő jó” és az 1 „ő jó, de nem vagyok biztos az XYZ-ben” továbbra is „jól van”. A többség nyer, így Bob Kevin véleménye ellenére is a menő gyerekekkel lóghat. 

A Bitcoin például arra épül, hogy konszenzust találjon arról, hogy az új tranzakciók érvényesek („menő”) vagy sem. 

Itt áttekintjük a legnépszerűbb – és kevésbé népszerű – blokklánc konszenzus-algoritmusokat a nyilvános és magánhálózatokon.

Mi az a munkaigazolás?

A Proof of Work (PoW) a legnépszerűbb és legrégebbi konszenzus-algoritmus, amely a Bitcoin 2009-es Satoshi Nakamoto általi létrehozásával jött létre. A PoW rendszer bányászok globális hálózatából áll – úgynevezett hálózati csomópontokból –, amelyek matematikai rejtvények megoldásáért versengenek. Az a bányász, aki sikeresen megoldja a rejtvényt, elnyeri a jogot egy új blokk hozzáadására a blokklánchoz, és újonnan létrehozott kriptovalutában fizetett jutalmat kap. 

A munka bizonyítása alapvetően egy bányász módszere annak bizonyítására, hogy biztosították a számítási teljesítményt a hálózati konszenzus eléréséhez és az egyes blokkok hitelességének ellenőrzéséhez. Továbbá az egyes blokkok (tranzakciók) szekvenciális sorrendben vannak elrendezve, kiküszöbölve a dupla költés kockázatát.

Eddig a PoW volt a legbiztonságosabb konszenzusos mechanizmus a kriptovaluta blokkláncokhoz. A hálózat megváltoztatásához a támadónak újra be kell bányásznia a lánc összes meglévő blokkját. Minél jobban növekszik a blokklánc, annál nehezebb monopolizálni a hálózat számítási teljesítményét, mivel ez óriási energiafogyasztást és drága berendezéseket igényelne.

Miután egy bányász megold egy rejtvényt, talál egy pápai követ (az egyszer használt szám rövidítése), amely a hálózati nehézség által beállított értéknél kisebb vagy azzal egyenlő hash-t hoz létre. 

A nonce a PoW rendszerek központi része, mivel lehetővé teszi a bányász számára, hogy blokkfejlécet hozzon létre az SHA-256 hash függvényével, ami azt jelenti, hogy egy blokkhoz hivatkozási számot kell elhelyezni egy láncban. A blokk fejléce egy időbélyeget és az előző blokk hash-jét is tartalmazza.

A PoW hátrányai

A bányászoknak jelentős számítási teljesítményt kell biztosítaniuk a rejtvények megoldásához. De mivel a számítások összetettek, az energiamennyiség, amelyet egyetlen S9 Antminer fogyaszt, általában 1400-1500 watt óránként 14.5 TH/s hashrate mellett. Az S19, egy erősebb változat, 3250 wattot fogyaszt óránként, 110 TH/s hashrate mellett. 

Némi matematikával kiszámolhatjuk, hogy az adatközpontok vagy bányászati ​​vállalatok mennyi energiát fogyasztanak naponta több száz vagy több ezer bányászati ​​fúróberendezéssel egyetlen helyen. A magas energiafelhasználás és a környezeti ártalmak a fő kritika a munka igazolásával kapcsolatban. 

Hogy ezt szemléltessük, mielőtt az Ethereum a Proof of Stake-re váltott volna, az Ethereum bányászai világszerte körülbelül 10 TWh/évet fogyasztottak, ami ugyanannyit, mint a Cseh Köztársaságban.

A hangos zaj az emberi hallásszintet is károsítja – 80 dBa felett. Ez az oka annak, hogy a bányásztornyokat általában pincében vagy bányászati ​​létesítményekben tartják, hogy elkerüljék a mindennapi tevékenységek zavarását.

Mi a tét igazolása?

A Proof of Stake (PoS) a második legnépszerűbb konszenzus-algoritmus. A bányászok helyett a PoS blokkláncok hálózati érvényesítőkkel rendelkeznek, akik az érméiket/tokeneiket használják fel a hálózat iránti elkötelezettségük bizonyítékára, nem pedig számítási teljesítményre. 

A tét a kriptoeszközök „zárolását” jelenti egy adott időszakra egy blokklánc platformon, ami cserébe több kriptovalutával jutalmazza a felhasználókat. 

PoW vs. PoS: Fő különbségek

A PoS-ban a felhasználók feltehetik eszközeik egy részét, kizárólag passzív bevételszerzés céljából. A másik lehetőség az érvényesítővé válás. A PoW rendszerekkel ellentétben az érvényesítők nem versengenek új blokkok létrehozásáért, mivel azokat egy algoritmus véletlenszerűen választja ki. Minél több érme/token van egy felhasználói tétben, annál nagyobb az esélyük arra, hogy érvényesítővé váljanak, és új blokkokat hozzanak létre a blokkláncban. 

A PoW rendszerekben az új blokkok létrehozásának idejét a bányászat nehézsége határozza meg; minél több résztvevő csatlakozik a hálózathoz, annál nagyobb a hashpower, azaz az új blokkok bányászásához szükséges számítási teljesítmény. Ezzel szemben a PoS blokkláncoknak fix blokkgenerálási ideje van, amely résekre (a blokk létrehozásához szükséges időre) és korszakokra van osztva, amelyek a résekből álló időegységek. 

Hogy ezt jobban megmagyarázzuk, az Ethereumban egy slot 12 másodpercből áll, ami annyi időbe telik, hogy a hálózat létrehozzon egy blokkot, és 32 slot hoz létre egy korszakot. Ezért egy korszak 6.4 perc. A PoS blokklánc minden egyes rése előre meghatározott számú érvényesítővel rendelkezik, akik szavaznak a javasolt blokk érvényességéről. Ha a blokk érvényes, akkor hozzáadódik a lánchoz, és a blokkjavasló és a tanúsítók ETH-ban kapnak jutalmat.

A PoS blokkláncok 51%-os stílusú támadásokkal büntetik a rosszindulatú szereplőket a hálózat megtámadásáért, amit slashing-nek neveznek, ahol a becsületes érvényesítők kidobják a rosszindulatú validátort a hálózatból, és kimerítik az egyensúlyukat. Ez eltántorítja a rosszindulatú szereplőket attól, hogy megtámadják a hálózatot, mivel a szükséges befektetési alapok száma jelentősen magas. Ethereum esetében 32 ETH.

A PoS előnyei:

• Kevésbé energiaigényes a PoW-hoz képest
• Alkalmasabb réteg-2 megoldásokkal való munkához, mint a PoW
• Képes nagyobb átviteli sebesség elérésére, mivel a konszenzus a blokkok átadása előtt jön létre.
• Olcsóbb, mint a PoW blokkláncok, mivel nincs szükség elit hardverre az új blokkok létrehozásához.

A PoS hátrányai

• A PoS-rendszerek továbbra is központosításnak vannak kitéve, ha a nagyszámú tét tokennel rendelkező validátor befolyásolni tudja a hálózatot. 
• Biztonsági szempontból kevésbé bizonyított a PoW blokkláncokhoz képest.

Mi a történelem bizonyítéka?

A Történelem bizonyítása (PoH) egy konszenzusos algoritmus, amelyet a Solana blokklánc mutat be, és egy időbélyeget helyez el a hálózaton lévő összes eseményhez, bizonyítva, hogy egy adott időpontban történtek. A PoH egy kriptográfiai óraként írható le, amely a tranzakciókat szekvenciális sorrendben erősíti meg. 

A Solana a PoH-megközelítését a PoS-val kombinálja. Ezért a hálózat résztvevőinek kockáztatniuk kell a SOL-t, hogy érvényesítővé váljanak és új blokkokat dolgozzanak fel, a PoH mechanizmus pedig valós időben ellenőrzi a tranzakciók érvényességét. Más szavakkal, a PoH fenntartja a biztonságot, míg a PoS érvényesítők hálózatát hozza létre, amely képes ellenőrizni az időbélyegeket és megerősíteni a tranzakciókat.

A Solana azonban feláldozza a decentralizációt a villámgyors tranzakciós átvitel érdekében. A blokklánc egy félig központosított architektúrára támaszkodik, amelyben egyetlen csomópontot választanak vezetőnek, aki egyetlen időforrás, azaz a PoH óra megvalósításáért felelős, és az összes többi csomópontnak ennek megfelelően kell követnie az idő sorrendjét. A vezetőket rendszeres időközönként PoS-választásokon választják meg.

Noha a Solana az egyik leggyorsabb blokklánc az iparágban, rendszeresen szenved leállásoktól. 2020-as indulása óta a hálózat nagyjából tíz leállást szenvedett el, ebből öt 2022-ben. A kimaradások fő oka a „rosszul konfigurált csomópont”.

Mi az a delegált tétigazolás?

A tét felhatalmazott igazolása (DPoS) a PoS koncepció egy változata, amelyben a közösség központi szerepet játszik.

A DPoS blokkláncokban a közösség tagjai felteszik kriptovalutáikat, hogy szavazzanak a következő tanúkra vagy küldöttekre a blokkgyártáshoz. Ehhez a felhasználóknak össze kell vonniuk tokenjeiket a blokklánc tétkészletébe, majd az alapokat egy meghatározott delegálthoz kell kapcsolniuk. 

A DPoS-t Dan Larimer, az EOS korábbi műszaki igazgatója fejlesztette ki, aki 2015-ben implementálta az algoritmust a BitShares-en. Larimer és más DPoS-pártiak azt mondták, hogy a DPoS kiterjeszti a demokratikus hatókört, mivel a közösség választja ki a következő érvényesítőt. Ma az olyan blokkláncok, mint a TRON és a Cardano, DPoS-t használnak. 

A DPoS-szal szembeni kritika azonban az, hogy módszertana a gazdag felhasználókat részesíti előnyben. A sok tokennel rendelkezők nagyobb befolyást gyakorolhatnak a hálózatra. Vitalik Buterin volt az egyik első DPoS-becsmérlő, aki azt állította, a blogbejegyzés hogy ez a konszenzusos algoritmus kartell létrehozására és a szavazók megvesztegetésére ösztönzi a tanúkat támogatásért.

Mi a felhatalmazás igazolása?

A Proof of Authority (PoA) egy konszenzusos algoritmus, amelyben csak az engedéllyel rendelkező tagok léphetnek kapcsolatba a blokklánccal, hajthatnak végre tranzakciókat, módosíthatnak vagy javasolhatnak hálózati paramétereket, áttekinthetik a tranzakciós előzményeket stb. 

A kifejezést a Gavin Wood, egy blokklánc fejlesztő, aki társalapítója Ethereum, polkadotés Kusama Network.

A PoA blokkláncban minden a hírnévről szól – a hálózat résztvevői érmék helyett személyazonosságukat teszik kockára. Magasabb szintű skálázhatóságot és átviteli sebességet biztosítanak, mivel csak korlátozott számú érvényesítőre támaszkodik. Azt gondolhatjuk, hogy ez egy erősen központosított modell, de a PoA blokkláncok általában magánjellegűek, és jobban illeszkednek azokhoz a vállalkozásokhoz és szervezetekhez, amelyek blokklánc-technológiát használnak a vállalkozások és az operációs rendszerek fejlesztésére. 

Mi az eltelt idő igazolása?

Az eltelt idő bizonyítása (PoET) egy másik konszenzusos algoritmus, amely a privát blokkláncokkal működik a legjobban.

A PoET algoritmust először az Intel szoftverfejlesztői mutatták be és implementálták Hyperledger fűrészfog, privát blokkláncokat és intézményeket céloz meg.

Lehet, hogy az algoritmus nem olyan népszerű, mint a többi blokklánc, mivel nem volt megfelelően definiálva. De az ötlet egy kész, Nakamoto-stílusú motor bemutatása volt, amely lehetővé tette a privát blokkláncok számára a következő blokkgyártó kiválasztását. És miben különböznek egymástól? Nos, az algoritmus minden hálózati csomóponthoz generál egy „véletlenszerű várakozási időt”, és ezalatt a csomópontnak „alvás.” A legrövidebb várakozási idővel rendelkező csomópont ébred fel először, és elnyeri a jogot, hogy blokkot állítson elő a láncban. 

Tehát a fő különbség az, hogy a PoET bányászai nem 24/7, és kevesebb energiát fogyasztanak. Továbbá a PoW hálózatban a bányászok versenyeznek a következő blokkfejléc kivonatolásáért, míg a PoET-ben ez inkább egy véletlen kiválasztási rendszer.

Konszenzus algoritmusok GYIK: 

Gyorsabb lesz az Ethereum most, hogy átállt PoS-ra?

Általános tévhit, hogy az Ethereum automatikusan skálázódik most, hogy PoS-alapú blokkláncról van szó. Ez az átállás azonban az Ethereum fejlesztése érdekében történt:

• Az energiafogyasztás csökkentése
• A belépési korlátok csökkentése a hardverkövetelmények megszüntetésével
• Gazdasági szankciók engedélyezése a csomópontok helytelen viselkedéséért
• Új modell bevezetése a token-kibocsátáshoz 
• És jobb infrastruktúra az Ethereum Layer-2 megoldásokkal való együttműködéshez.

Mik azok az engedély nélküli és engedélyezett blokkláncok?: 

Az engedély nélküli blokklánc olyan nyilvános blokkláncra utal, amelyben bárki tranzakciókat bonyolíthat, áttekintheti a tranzakciós előzményeket, tétbe helyezhet pénzérméket, érvényesítővé válhat stb. Másrészt az engedélyezett (privát) blokkláncokban csak az engedéllyel rendelkező tagok férhetnek hozzá a hálózathoz. tranzakciókat, interakciót a hálózati csomópontokkal, nyomon követheti a láncon belüli tevékenységeket stb.

A PoW a legbiztonságosabb konszenzus-algoritmus? A PoW-nak megvannak a maga hátrányai, de eddig ez volt a leginkább bevált és legmegbízhatóbb módja a hálózat konszenzusának és biztonságának fenntartásának a blokkláncban.

Végső gondolatok: konszenzusos algoritmus magyarázata

A blokklánc egy olyan technológia, amely számos kihívást és fájdalompontot képes megoldani a különböző iparágakban, nem csak a banki és pénzügyi szektorban. Ennek azonban megvan a maga kudarca. Ezért a fejlesztők a konszenzusos algoritmusok többféle típusát és változatát is létrehozták az olyan gyakori problémák megoldására, mint a központosítás, a méretezhetőség hiánya és az alacsony átviteli sebesség. 

A blokklánc-algoritmusok jövőjéről azonban nehéz beszélni egy kihívás miatt: a Blockchain Trilemma miatt. Először Vitalik Buterin vázolta fel, hogy a blokklánc-hálózatok nem képesek a három előny közül kettőt nyújtani: decentralizáció, biztonság és méretezhetőség. Számos blokklánc platform létezik, pl fantom és a Solana, amelyek a konszenzusos algoritmusok saját hibrid változatait valósították meg a blokklánc-trilemma megoldására, de eddig egyik sem járt igazán sikerrel. 

Más technikai megközelítések is születtek a blokklánc tulajdonságainak javítására, és az egyik legnépszerűbb a layer-2-ek, amelyek egy 1-es réteghez kapcsolódó láncok, pl. az Arbitrum Ethereummal, valamint a sharding, amely a teljes blokkláncot felosztja. sok kisebb hálózat. Buterin úgy véli a sharding, mint a legjobb megközelítés a tökéletes blokklánc három tulajdonságának biztosításához.