הסוגים השונים של אלגוריתמי קונצנזוס - CoinCentral

אלגוריתם קונצנזוס הוא הליך המשמש במדעי המחשב שבו משתתפי הפצתו רשת מסכימים על מצב הרשת או מצב של ערך נתונים יחיד ומקים אמון בין עמיתים לא ידועים ברשת. 

אלגוריתמי קונצנזוס מתוכננים כך שחברי בלוקצ'יין מגיעים להסכמה לאמת עסקה ברשת, לשנות פרמטרים של רשת, להחליט אילו צמתים אמינים לעיבוד בלוקים חדשים ופונקציות חשובות נוספות.

אל תתנו לאופי הטכני של המאמר הזה להדיח אתכם - מציאת "קונצנזוס" נמצא סביבנו בכל מקום - זה רעיון אנושי מאוד, אבל רק מיושם על משהו שניתן לבצע אוטומטית. 

בתור התחלה, במערכות מרכזיות, משימות קונצנזוס מבוצעות על ידי רשות מרכזית. 

במערכות מבוזרות כמו ביטקוין, יש לנו רשת המורכבת ממאות, אלפים ואפילו מאות אלפי כורים או צמתים שמצטרפים לביצוע משימות אחת או מרובות ומספקים מערכת אקולוגית אמינה ויעילה.

כשחושבים על הקונצנזוס המבוזר עם הדוגמה הזו, נניח שאתה בקבוצה של ארבעה חברים, ואחד החברים, אלכס, מציג אדם חמישי, בוב. כשבוב יעזוב, ככל הנראה, הקבוצה תתחיל לדבר על בוב (זה הפרוטוקול) כדי לראות אם הם אוהבים אותו (התוצאה תהיה "הקונצנזוס") 

חוסה: "בוב נראה בחור מגניב."

קווין: "כן, בחור מגניב. איך הכרת אותו?"

אלכס: "הוא היה באחד משיעורי הכספים שלי בקולג'; היינו חולקים טיפים למסחר בקריפטו, ובסופו של דבר הוא היה בחור די מצחיק."

קווין: "נחמד, אבל הממים שלו היו פשוט מאוד מוזרים."

ג'ון: "אתה פשוט לא מבין את תרבות הממים."

חוסה: "כן אתה לא מבלה הרבה זמן בגלילה דרך TikTok - חשבתי שהם די מצחיקים."

בדוגמה זו, הושגה "קונצנזוס" האם בוב משתלב היטב בקבוצת החברים. לעתים קרובות יש א קונצנזוס דעה הכרחי אפילו בהיעדר התחייבויות או חוזים ספציפיים שנעשו. משתתף אחד, קווין, נרתע מלאפשר לבוב להיכנס לקבוצה, אבל חוסה, אלכס וג'ון מגניבים עם בוב.

במקרה זה, אם היינו מקודדים את הדוגמה שלמעלה לאלגוריתם קונצנזוס: אז זה יהיה 3 "הוא מגניב" ו-1 "הוא מגניב אבל אני לא בטוח לגבי XYZ" עדיין מביא ל"הוא מגניב". הרוב מנצח, אז בוב יזכה לבלות עם הילדים המגניבים למרות דעתו של קווין. 

ביטקוין, למשל, בנוי כדי למצוא קונצנזוס אם עסקאות חדשות תקפות ("מגניבות") או לא. 

כאן נסקור את הסוגים הפופולריים ביותר - ולא כל כך פופולריים - של אלגוריתמי קונצנזוס בלוקצ'יין ברחבי רשתות ציבוריות ופרטיות.

מהי הוכחת עבודה?

הוכחת עבודה (PoW) הוא אלגוריתם הקונצנזוס הפופולרי והעתיק ביותר שהגיע עם יצירת הביטקוין ב-2009 על ידי סאטושי נקמוטו. מערכת PoW מורכבת מרשת גלובלית של כורים - הנקראים צמתי רשת - שמתחרים על פתרון חידות מתמטיות. הכורה שפותר בהצלחה את החידה זוכה בזכות להוסיף בלוק חדש לבלוקצ'יין ומקבל פרס ששולם במטבע קריפטוגרפי חדש שנוצר. 

הוכחת עבודה היא בעצם הדרך של כורה להראות ראיות לכך שהם סיפקו כוח חישוב כדי להשיג קונצנזוס ברשת ולאמת את האותנטיות של כל בלוק. יתר על כן, כל בלוק (עסקה) מסודר בסדר עוקב, ומבטל את הסיכון של הוצאה כפולה.

עד כה, PoW היה מנגנון הקונצנזוס המאובטח ביותר עבור בלוקצ'יין של מטבעות קריפטוגרפיים. שינוי הרשת ידרוש מהתוקף לכרות מחדש את כל הבלוקים הקיימים בשרשרת. ככל שהבלוקצ'יין יגדל יותר, כך קשה יותר לעשות מונופול על כוח המחשוב של הרשת, שכן הדבר ידרוש צריכת אנרגיה עצומה וציוד יקר.

ברגע שכורה פותר חידה, הוא מוצא א שליח (קיצור של מספר בשימוש פעם אחת) שמייצר hash עם ערך נמוך או שווה לזה שנקבע על ידי קושי הרשת. 

ה-nonce הוא חלק מרכזי במערכות PoW מכיוון שהוא יאפשר לכורה ליצור כותרת בלוק מגובבת עם פונקציית ה-hash SHA-256, שמשמעותה הכנסת מספר אסמכתא לבלוק בשרשרת. כותרת הבלוק מכילה גם חותמת זמן ו-hash של הבלוק הקודם.

החסרונות של PoW

הכורים צריכים לספק כוח חישוב ניכר כדי לפתור את החידות. אבל מכיוון שהחישובים מורכבים, כמות האנרגיה שצורך S9 Antminer בודד היא בדרך כלל בין 1400 - 1500 וואט לשעה עבור hashrate של 14.5 TH/s. ה-S19, גרסה חזקה יותר, צורכת 3250 וואט לשעה בהאשרט של 110 TH/s. 

עם קצת מתמטיקה, נוכל לחשב את כמות האנרגיה שמרכזי נתונים או חברות כרייה צורכים עם מאות או אלפי אסדות כרייה במיקום בודד מדי יום. צריכת אנרגיה גבוהה ונזקים סביבתיים הם הביקורת העיקרית שנגרפת מהוכחת עבודה. 

כדי לשים את זה בפרספקטיבה, לפני ש-Ethereum עבר ל-Proof of Stake, כורי Ethereum ברחבי העולם צרכו בסביבות 10 TWh/שנה, זהה לזה של צ'כיה.

הרעש החזק פוגע גם ברמות השמיעה האנושיות - מעל 80 dBa. זו הסיבה שאסדות כרייה נשמרות בדרך כלל במרתפים או במתקני כרייה כדי למנוע הפרעה לפעילויות היומיומיות.

מהי הוכחת הימור?

הוכחת הימור (PoS) הוא אלגוריתם הקונצנזוס השני הפופולרי ביותר. במקום כורים, ל-PoS blockchains יש מאמתי רשת שמשתמשים במטבעות/אסימונים שלהם כראיה למחויבותם לרשת ולא כוח מחשוב. 

הימור פירושו "נעילת" נכסי קריפטו לתקופה בפלטפורמת בלוקצ'יין, אשר, בתמורה, מתגמלת את המשתמשים עם יותר מטבעות קריפטוגרפיים. 

PoW לעומת PoS: ההבדלים העיקריים

ב-PoS, משתמשים יכולים להחזיק חלק מהנכסים שלהם במטרה הבלעדית של יצירת הכנסה פסיבית. האפשרות האחרת היא להפוך לאימות. בניגוד למערכות PoW, המאמתים אינם מתחרים על יצירת בלוקים חדשים מכיוון שהם נבחרים באקראי על ידי אלגוריתם. ככל שיש יותר מטבעות/אסימונים, כך גדלים הסיכויים שלהם להפוך למאמת וליצור בלוקים חדשים בבלוקצ'יין. 

במערכות PoW, הזמן להפקת בלוקים חדשים נקבע על פי קושי הכרייה; ככל שיותר משתתפים מצטרפים לרשת, כוח ה-hash-power גדול יותר, כלומר כוח החישוב הנדרש כדי לכרות בלוקים חדשים. לעומת זאת, ל-PoS blockchains יש זמן יצירת בלוק קבוע המחולק לחריצים - הזמן שלוקח ליצור בלוק - ועידנים, שהם יחידות זמן המורכבות משבצות. 

כדי להסביר זאת טוב יותר, משבצת ב-Ethereum מורכבת מ-12 שניות, שזה משך הזמן שלוקח לרשת ליצור בלוק, ו-32 חריצים יוצרים עידן. לכן, תקופה אחת היא 6.4 דקות. לכל משבצת ב-PoS blockchain יש מספר קבוע מראש של מאמתים שמצביעים על תוקף הבלוק המוצע. אם החסימה חוקית, היא מתווספת לשרשרת, ומציע הבלוק והמאשרים מקבלים תגמולים ב-ETH.

PoS blockchains מענישים שחקנים זדוניים על תקיפת הרשת עם 51% התקפות בסגנון, מה שנקרא slashing, שבו מאמתים כנים מוציאים את המאמת הזדוני מהרשת ומרוקנים את האיזון שלהם. זה מרתיע שחקנים זדוניים לתקוף את הרשת מכיוון שהמספר הנדרש של כספים בהימור גבוה במידה ניכרת. במקרה של Ethereum, 32 ETH.

יתרונות של PoS:

• פחות אינטנסיבית באנרגיה בהשוואה ל-PoW
• מתאים יותר לעבוד עם פתרונות שכבה-2 מאשר PoW
• מסוגל להשיג תפוקה גבוהה יותר מכיוון שקונצנזוס נוצר לפני העברת בלוקים.
• פחות יקר מ-PoW blockchains מכיוון שהוא לא דורש חומרה עילית כדי ליצור בלוקים חדשים.

חסרונות של PoS

• מערכות PoS עדיין כפופות לריכוזיות אם מאמתים עם מספר רב של אסימונים יכולים להשפיע על הרשת. 
• פחות מוכח מבחינת אבטחה בהשוואה ל-PoW blockchains.

מהי הוכחה להיסטוריה?

הוכחת היסטוריה (PoH) הוא אלגוריתם קונצנזוס המוצג על ידי סולנה בלוקצ'יין ומורכב מהצבת חותמת זמן לכל האירועים ברשת כדי להוכיח שהם התרחשו בזמן נתון. ניתן לתאר את PoH כשעון קריפטוגרפי שמאשר עסקאות בסדר עוקב. 

Solana משלבת את גישת ה-PoH שלה עם PoS. לכן, משתתפי הרשת צריכים להסתער ב-SOL כדי להפוך לאימות ולעבד בלוקים חדשים, ומנגנון ה-PoH מאמת את תקפותן של אותן עסקאות המתרחשות בזמן אמת. במילים אחרות, PoH שומרת על אבטחה, בעוד ש-PoS מביאה רשת של מאמתים שיכולה לאמת את חותמות הזמן ולאשר את העסקאות.

עם זאת, סולאנה מקריב את הביזור כדי לספק תפוקת עסקאות במהירות הבזק. הבלוקצ'יין מסתמך על ארכיטקטורה חצי-מרכזית שבה צומת בודד נבחר כמנהיג שאחראי על יישום מקור זמן יחיד, כלומר שעון PoH, וכל שאר הצמתים חייבים לעקוב אחר רצפי הזמן בהתאם. מנהיגים נבחרים מעת לעת באמצעות בחירות PoS.

בעוד שסולנה היא אחד מהבלוקצ'יין המהירים ביותר בתעשייה, היא סובלת באופן קבוע מזמני השבתה. מאז השקתה בשנת 2020, הרשת סבלה בערך עשר זמני השבתה, חמישה מהם התרחשו בשנת 2022. הסיבה העיקרית להפסקות הללו היא "צומת שגוי".

מהי הוכחת הימור מואצלת?

האצלה של הוכחה (DPoS) היא וריאציה של תפיסת ה-PoS שבה הקהילה ממלאת תפקיד מרכזי.

ב-DPoS blockchains, חברי הקהילה מחזיקים במטבעות הקריפטו שלהם כדי להצביע בעדים או הנציגים הבאים לייצור בלוקים. לשם כך, המשתמשים חייבים לאגד את האסימונים שלהם למאגר ההימורים של הבלוקצ'יין ולאחר מכן לקשר את הכספים לנציג מוגדר. 

DPoS פותח על ידי CTO לשעבר של EOS Dan Larimer, שהטמיע את האלגוריתם ב-BitShares בשנת 2015. Larimer ותומכי DPoS אחרים אמרו ש- DPoS מרחיב את ההיקף הדמוקרטי מכיוון שהקהילה היא זו שבוחרת את המאמת הבא. כיום, בלוקצ'יין כמו TRON ו- Cardano משתמשים ב- DPoS. 

עם זאת, הביקורת על DPoS היא שהמתודולוגיה שלו מעדיפה משתמשים עשירים. לבעלי מספר רב של אסימונים יכולה להיות השפעה גדולה יותר ברשת. Vitalik Buterin היה אחד ממתיקי DPoS הראשונים, וטען ב- בלוג שאלגוריתם קונצנזוס זה ממריץ עדים ליצור קרטלים ולשחד בוחרים לתמיכה.

מהי הוכחת סמכות?

הוכחת סמכות (PoA) הוא אלגוריתם קונצנזוס שבו רק חברים מורשים יכולים לקיים אינטראקציה עם הבלוקצ'יין, לבצע עסקאות, לבצע או להציע שינויים בפרמטרים ברשת, לסקור את היסטוריית העסקאות וכו'. 

המונח נטבע על ידי גאווין ווד, מפתח בלוקצ'יין שהיה שותף להקמת Ethereum, מנוקד, ורשת Kusama.

ב-PoA blockchain, הכל קשור למוניטין - משתתפי הרשת מעמידים את זהותם במקום מטבעות. הם מספקים רמה גבוהה יותר של מדרגיות ותפוקה מכיוון שהיא מסתמכת רק על מספר מוגבל של מאמתים. אנחנו אולי חושבים שזהו מודל ריכוזי מאוד, אבל בלוקצ'יין PoA הם בדרך כלל פרטיים ומתאימים יותר לארגונים וארגונים המשתמשים בטכנולוגיית בלוקצ'יין כדי לשפר עסקים ומערכות תפעול. 

מהי הוכחה לזמן שחלף?

הוכחה של זמן חלף (PoET) הוא אלגוריתם קונצנזוס נוסף שעובד הכי טוב עם בלוקצ'יין פרטי.

אלגוריתם PoET הוצג לראשונה על ידי מפתחי תוכנה של אינטל ויושם ל שן מנסרים Hyperledger, המיועד לבלוקצ'יין פרטי ומוסדות.

ייתכן שהאלגוריתם לא יהיה פופולרי כמו בלוקצ'יין אחרים מכיוון שהוא לא הוגדר כראוי. אבל הרעיון היה להציג מנוע מוכן, בסגנון נקמוטו, שאפשר לבלוקצ'יין פרטיים לבחור את יצרן הבלוקים הבא. ובמה הם שונים? ובכן, האלגוריתם מייצר "זמן המתנה אקראי" עבור כל צומת רשת, ובמהלך הזמן הזה הצומת חייב "לִישׁוֹן." הצומת עם תקופת ההמתנה הקצרה ביותר מתעורר ראשון וזוכה בזכות לייצר בלוק בשרשרת. 

לכן, ההבדל העיקרי הוא שכורים ב-PoET לא פועלים 24/7 וצורכים פחות אנרגיה. יתרה מכך, ברשת PoW, כורים מתחרים על הגיבוב של כותרת הבלוק הבא, בעוד שב-PoET זו יותר מערכת בחירה אקראית.

שאלות נפוצות לגבי אלגוריתמי קונצנזוס: 

האם Ethereum יהפוך למהיר יותר כעת לאחר שעבר ל-PoS?

תפיסה שגויה נפוצה היא ש-Ethereum יגדל אוטומטית כעת כשמדובר בבלוקצ'יין מבוסס PoS. עם זאת, המעבר הזה נעשה כדי לשפר את Ethereum על ידי:

• הפחתת צריכת האנרגיה
• הורדת חסמי כניסה על ידי ביטול דרישות חומרה
• מאפשר עונשים כלכליים על התנהגות לא נכונה של צומת
• הצגת דגם חדש לפליטת סמלים 
• ותשתית טובה יותר לעבודה עם פתרונות Ethereum Layer-2.

מה הם בלוקצ'יין חסרי רשות ובעלי הרשאה?: 

בלוקצ'יין חסר הרשאה מתייחס לבלוקצ'יין ציבורי שבו כל אחד יכול לבצע עסקאות, לסקור היסטוריית עסקאות, להמר על מטבעות, להפוך לתוקף וכו'. מצד שני, בבלוקצ'יין מורשים (פרטיים), רק חברים בעלי הרשאה יכולים לגשת לרשת כדי לבצע עסקאות, אינטראקציה עם צמתי רשת, מעקב אחר פעילות בשרשרת וכו'.

האם PoW הוא אלגוריתם הקונצנזוס המאובטח ביותר? ל-PoW יש חלק נכבד של חסרונות, אבל עד כה, זו הייתה הדרך המוכחת והאמינה ביותר לשמור על קונצנזוס ואבטחה של רשת בבלוקצ'יין.

מחשבות אחרונות: אלגוריתם קונצנזוס מוסבר

בלוקצ'יין היא טכנולוגיה המסוגלת לפתור אתגרים ונקודות כאב רבות בתעשיות שונות, לא רק בבנקאות ובפיננסים. עם זאת, יש לו חלק משלו של כשלונות. לפיכך, מפתחים יצרו סוגים וגרסאות מרובות של אלגוריתמי קונצנזוס כדי להתמודד עם בעיות נפוצות, כגון ריכוזיות, חוסר מדרגיות ותפוקה נמוכה. 

אבל לדבר על העתיד של אלגוריתמי הבלוקצ'יין קשה בגלל אתגר אחד: טרילמה של הבלוקצ'יין. לראשונה על ידי Vitalik Buterin, הוא מציין את חוסר היכולת של רשתות בלוקצ'יין לספק שניים מתוך שלושה יתרונות: ביזור, אבטחה ומדרגיות. ישנן מספר פלטפורמות בלוקצ'יין, כמו Fantom ו סולאנה, שהטמיעו גרסאות היברידיות משלהם של אלגוריתמי קונצנזוס בניסיון לפתור את טרילמת הבלוקצ'יין, אבל אף אחת מהן לא ממש הצליחה עד כה. 

גישות טכניות אחרות נעשו כדי לשפר את המאפיינים של הבלוקצ'יין, ואחת הפופולריות ביותר היא שכבה-2, שהן שרשראות המחוברות לשכבה-1, למשל, ארביטרום עם Ethereum, ו-sharing, שמחלק את כל הבלוקצ'יין ל- הרבה רשתות קטנות יותר. בוטרין סבור פיצול כגישה הטובה ביותר לספק את שלושת המאפיינים של בלוקצ'יין מושלם.