Različne vrste algoritmov soglasja – CoinCentral

Algoritem soglasja je postopek, ki se uporablja v računalništvu, pri katerem udeleženci razdelijo omrežja se dogovorijo o stanju omrežja ali stanju posamezne podatkovne vrednosti in vzpostavijo zaupanje med neznanimi vrstniki v omrežju. 

Soglasni algoritmi so zasnovani tako, da člani verige blokov dosežejo dogovor o potrditvi transakcije v omrežju, spreminjanju omrežnih parametrov, odločitvi, katera vozlišča so vredna zaupanja za obdelavo novih blokov in drugih pomembnih funkcijah.

Naj vas tehnična narava tega članka ne zmoti – iskanje »soglasja« je povsod okoli nas – to je zelo človeška ideja, ki pa se uporablja le za nekaj, kar je mogoče avtomatizirati. 

Za začetek, v centraliziranih sistemih naloge soglasja izvaja osrednji organ. 

V decentraliziranih sistemih, kot je Bitcoin, imamo omrežje, sestavljeno iz več sto, tisoč in celo sto tisoč rudarjev ali vozlišč, ki se združijo za opravljanje ene ali več nalog in zagotavljajo zanesljiv in učinkovit ekosistem.

Če razmišljamo o decentraliziranem soglasju s tem primerom, predpostavimo, da ste v skupini štirih prijateljev in eden od članov, Alex, predstavi peto osebo, Boba. Ko bo Bob odšel, se bo skupina najverjetneje začela pogovarjati o Bobu (to je protokol), da bi videli, ali jim je všeč (rezultat bo "soglasje") 

José: "Bob se zdi kul fant."

Kevin: "Ja, kul fant. Kako si ga spoznal?"

Alex: »Bil je na enem od mojih tečajev financ na faksu; delila sva nasvete o trgovanju s kriptovalutami in na koncu je bil precej smešen tip.”

Kevin: "Lepo, toda njegovi memi so bili prav čudni."

John: "Kulture memov preprosto ne razumeš."

José: "Ja, ne porabiš veliko časa za brskanje po TikToku – zdeli so se mi precej smešni."

V tem primeru je bilo doseženo "soglasje" o tem, ali se Bob dobro vključuje v skupino prijateljev. Pogosto obstaja a potreben konsenz mnenj, tudi če ni posebnih zavez ali sklenjenih pogodb. Eden od udeležencev, Kevin, nerad spusti Boba v skupino, toda José, Alex in John so z Bobom kul.

V tem primeru, če bi zgornji primer kodificirali v algoritem soglasja: potem bo 3 »on je kul« in 1 »on je kul, vendar nisem prepričan glede XYZ«, še vedno povzroči »on je kul«. Večina zmaga, tako da se bo Bob kljub Kevinovemu mnenju lahko družil s kul otroki. 

Bitcoin je na primer zasnovan tako, da najde soglasje o tem, ali so nove transakcije veljavne (»kul«) ali ne. 

Tukaj bomo pregledali najbolj priljubljene — in manj priljubljene — vrste soglasnih algoritmov verige blokov v javnih in zasebnih omrežjih.

Kaj je dokazilo o delu?

Dokaz o delu (PoW) je najbolj priljubljen in najstarejši algoritem soglasja, ki je prišel z ustvarjanjem Bitcoina leta 2009, ki ga je ustvaril Satoshi Nakamoto. Sistem PoW je sestavljen iz globalne mreže rudarjev, imenovanih omrežna vozlišča, ki tekmujejo pri reševanju matematičnih ugank. Rudar, ki uspešno reši uganko, pridobi pravico dodati nov blok v verigo blokov in prejme nagrado, plačano v novo ustvarjeni kriptovaluti. 

Dokaz o delu je v bistvu rudarjev način prikazovanja dokazov, da so zagotovili računalniško moč za doseganje omrežnega soglasja in potrjevanje pristnosti vsakega bloka. Poleg tega je vsak blok (transakcija) urejen v zaporednem vrstnem redu, kar odpravlja tveganje dvojne porabe.

Doslej je bil PoW najvarnejši mehanizem soglasja za verige blokov kriptovalut. Spreminjanje omrežja bi od napadalca zahtevalo, da ponovno izkopa vse obstoječe bloke v verigi. Bolj kot raste blockchain, težje je monopolizirati računalniško moč omrežja, saj bi to zahtevalo ogromno porabo energije in drago opremo.

Ko rudar reši uganko, najde nuncij (okrajšava za številko, uporabljeno enkrat), ki ustvari zgoščeno vrednost z vrednostjo, ki je nižja ali enaka tisti, ki jo določi težava omrežja. 

Nonce je osrednji del sistemov PoW, saj rudarju omogoča, da ustvari glavo bloka, zgoščeno s funkcijo zgoščevanja SHA-256, kar pomeni vnos referenčne številke za blok v verigi. Glava bloka vsebuje tudi časovni žig in zgoščeno vrednost prejšnjega bloka.

Slabosti PoW

Rudarji morajo zagotoviti precejšnjo računalniško moč za reševanje ugank. Ker pa so izračuni zapleteni, je količina energije, ki jo porabi en sam S9 Antminer, običajno med 1400 – 1500 vatov na uro za hashrate 14.5 TH/s. S19, močnejša različica, porabi 3250 vatov na uro pri hashrate 110 TH/s. 

Z nekaj matematike lahko izračunamo količino energije, ki jo podatkovni centri ali rudarska podjetja dnevno porabijo s stotinami ali tisoči rudarskih naprav na eni lokaciji. Velika poraba energije in okoljska škoda sta glavni kritiki, ki izhaja iz dokazov o delu. 

Preden je Ethereum prešel na Proof of Stake, so rudarji Ethereuma po vsem svetu porabili približno 10 TWh/leto, enako kot Češka.

Glasen hrup škoduje tudi ravni človeškega sluha — nad 80 dBA. Zato so rudarske naprave običajno shranjene v kleteh ali rudarskih objektih, da ne bi motile vsakodnevnih dejavnosti.

Kaj je dokaz o deležu?

Proof of Stake (PoS) je drugi najbolj priljubljen algoritem soglasja. Namesto rudarjev imajo blokovne verige PoS validatorje omrežja, ki svoje kovance/žetone uporabljajo kot dokaz svoje zavezanosti omrežju in ne računalniške moči. 

Staking pomeni "zaklepanje" kripto sredstev za določeno obdobje v platformi blockchain, ki v zameno uporabnike nagradi z več kriptovalute. 

PoW proti PoS: Glavne razlike

V PoS lahko uporabniki zastavijo del svojih sredstev izključno z namenom ustvarjanja pasivnega dohodka. Druga možnost je, da postanete validator. Za razliko od sistemov PoW validatorji ne tekmujejo za ustvarjanje novih blokov, saj jih naključno izbere algoritem. Več kot kovancev/žetonov vloži uporabnik, večje so njegove možnosti, da postanejo validator in ustvarijo nove bloke v verigi blokov. 

V sistemih PoW je čas za generiranje novih blokov določen s težavnostjo rudarjenja; več udeležencev se pridruži omrežju, večja je hashpower, tj. računska moč, potrebna za rudarjenje novih blokov. Nasprotno pa imajo blokovne verige PoS fiksni čas generiranja blokov, razdeljen na reže – čas, potreben za ustvarjanje bloka – in epohe, ki so časovne enote, sestavljene iz rež. 

Da bi to bolje razložili, je reža v Ethereumu sestavljena iz 12 sekund, kar je čas, ki ga omrežje potrebuje za ustvarjanje bloka, 32 slotov pa ustvari epoho. Zato je ena epoha 6.4 minute. Vsaka reža v verigi blokov PoS ima vnaprej določeno število validatorjev, ki glasujejo o veljavnosti predlaganega bloka. Če je blok veljaven, se doda v verigo, predlagatelj bloka in potrditelji pa prejmejo nagrade v ETH.

Blockchains PoS kaznujejo zlonamerne akterje za napad na omrežje z napadi v slogu 51 %, kar se imenuje rezanje, kjer pošteni validatorji zlonamerne validatorje izvržejo iz omrežja in izpraznijo njihovo stanje. To zlonamerne akterje odvrača od napadov na omrežje, saj je potrebno število vloženih sredstev precej visoko. V primeru Ethereuma 32 ETH.

Prednosti PoS:

• Manj energetsko intenziven v primerjavi s PoW
• Bolj primeren za delo z rešitvami sloja 2 kot za PoW
• Zmožnost doseganja večje prepustnosti, saj je soglasje vzpostavljeno, preden so bloki sprejeti.
• Cenejši od blokovnih verig PoW, saj za ustvarjanje novih blokov ne potrebuje elitne strojne opreme.

Slabosti PoS

• Sistemi PoS so še vedno podvrženi centralizaciji, če lahko validatorji z velikim številom vstavljenih žetonov vplivajo na omrežje. 
• Manj dokazano glede varnosti v primerjavi z blokovnimi verigami PoW.

Kaj je dokaz zgodovine?

Dokaz zgodovine (PoH) je soglasni algoritem, ki ga predstavlja veriga blokov Solana in je sestavljen iz postavljanja časovnega žiga na vse dogodke v omrežju, da se dokaže, da so se zgodili ob določenem času. PoH lahko opišemo kot kriptografsko uro, ki potrjuje transakcije v zaporednem vrstnem redu. 

Solana združuje svoj pristop PoH s PoS. Zato morajo udeleženci v omrežju staviti SOL, da postanejo validatorji in obdelujejo nove bloke, mehanizem PoH pa preverja veljavnost teh transakcij, ki potekajo v realnem času. Z drugimi besedami, PoH ohranja varnost, medtem ko PoS prinaša mrežo validatorjev, ki lahko preverijo časovne žige in potrdijo transakcije.

Vendar Solana žrtvuje decentralizacijo, da bi zagotovila bliskovito hitro pretočnost transakcij. Blockchain temelji na polcentralizirani arhitekturi, v kateri je eno vozlišče izvoljeno kot vodilno, ki je zadolženo za izvajanje enega samega vira časa, tj. uro PoH, vsa druga vozlišča pa morajo ustrezno slediti zaporedju časa. Vodje so občasno izvoljeni prek volitev PoS.

Čeprav je Solana ena najhitrejših verig blokov v panogi, redno trpi zaradi izpadov. Od uvedbe leta 2020 je omrežje utrpelo približno deset izpadov, od tega pet leta 2022. Glavni razlog za te izpade je »napačno konfigurirano vozlišče«.

Kaj je pooblaščeno dokazilo o deležu?

Delegirano dokazilo o vložku (DPoS) je različica koncepta PoS, v katerem ima skupnost osrednjo vlogo.

V blokovnih verigah DPoS člani skupnosti zastavijo svoje kriptovalute, da glasujejo za naslednje priče ali delegate za proizvodnjo blokov. Da bi to naredili, morajo uporabniki združiti svoje žetone v skupino vložkov verige blokov in nato povezati sredstva z določenim pooblaščencem. 

DPoS je razvil nekdanji tehnični direktor družbe EOS Dan Larimer, ki je implementiral algoritem na BitShares leta 2015. Larimer in drugi zagovorniki DPoS so dejali, da DPoS širi demokratični obseg, saj je skupnost tista, ki izbere naslednjega validatorja. Danes verige blokov, kot sta TRON in Cardano, uporabljajo DPoS. 

Vendar pa je kritika za DPoS ta, da njegova metodologija daje prednost premožnim uporabnikom. Tisti z velikim številom žetonov imajo lahko večji vpliv v omrežju. Vitalik Buterin je bil eden prvih obrekovalcev DPoS, ki je v a blog post da ta algoritem soglasja spodbuja priče k oblikovanju kartelov in podkupovanju volivcev za podporo.

Kaj je dokazilo o avtoriteti?

Dokaz avtoritete (PoA) je soglasni algoritem, v katerem lahko samo člani z dovoljenji komunicirajo z verigo blokov, izvajajo transakcije, izvajajo ali predlagajo spremembe omrežnih parametrov, pregledujejo zgodovino transakcij itd. 

Izraz je skoval Gavin Wood, razvijalec verige blokov, ki je soustanovil Ethereum, polkadotin Kusama Network.

V blokovni verigi PoA, vse se vrti okoli ugleda — udeleženci v omrežju stavijo na svojo identiteto namesto na kovance. Zagotavljajo višjo raven razširljivosti in prepustnosti, saj se opira le na omejeno število validatorjev. Morda mislimo, da je to močno centraliziran model, vendar so verige blokov PoA običajno zasebne in se bolje ujemajo s podjetji in organizacijami, ki uporabljajo tehnologijo veriženja blokov za izboljšanje podjetij in operativnih sistemov. 

Kaj je dokazilo o pretečenem času?

Dokaz pretečenega časa (PoET) je še en konsenzni algoritem, ki najbolje deluje z zasebnimi verigami blokov.

Algoritem PoET so prvi predstavili Intelovi razvijalci programske opreme in ga implementirali v Hyperledger Sawtooth, namenjeno zasebnim verigam blokov in institucijam.

Algoritem morda ni tako priljubljen kot druge verige blokov, ker ni bil ustrezno definiran. Toda ideja je bila predstaviti že pripravljen motor v slogu Nakamota, ki bi zasebnim verigam blokov omogočal izbiro naslednjega proizvajalca blokov. In v čem se razlikujejo? No, algoritem ustvari "naključni čakalni čas" za vsako omrežno vozlišče in v tem času mora vozlišče "spanje.” Vozlišče z najkrajšo čakalno dobo se prvo zbudi in pridobi pravico do izdelave bloka v verigi. 

Torej, glavna razlika je v tem, da rudarji v PoET ne delujejo 24/7 in porabijo manj energije. Nadalje, v omrežju PoW rudarji tekmujejo za zgoščevanje naslednje glave bloka, medtem ko je v PoET bolj sistem naključne izbire.

Pogosta vprašanja o algoritmih soglasja: 

Bo Ethereum postal hitrejši zdaj, ko je prešel na PoS?

Pogosta napačna predstava je, da se bo Ethereum samodejno prilagajal zdaj, ko je blokovna veriga, ki temelji na PoS. Vendar je bil ta prehod narejen za izboljšanje Ethereuma z:

• Zmanjšanje porabe energije
• Zmanjšanje ovir za vstop z odpravo zahtev glede strojne opreme
• Dopuščanje ekonomskih kazni za nepravilno vedenje vozlišča
• Predstavljamo nov model za emisije žetonov 
• In boljša infrastruktura za delo z rešitvami Ethereum Layer-2.

Kaj so verige blokov brez in dovoljenj?: 

Veriga blokov brez dovoljenj se nanaša na javno verigo blokov, v kateri lahko kdorkoli izvaja transakcije, pregleduje zgodovino transakcij, vlaga kovance, postane validator itd. Po drugi strani pa lahko v (zasebnih) verigah blokov z dovoljenji samo člani z dovoljenjem dostopajo do omrežja, da transakcije, interakcijo z omrežnimi vozlišči, sledenje dejavnosti v verigi itd.

Ali je PoW najbolj varen konsenzni algoritem? PoW ima precejšen delež pomanjkljivosti, vendar je bil doslej najbolj preizkušen in zaupanja vreden način za ohranjanje konsenza in varnosti omrežja v verigi blokov.

Končne misli: razložen algoritem soglasja

Blockchain je tehnologija, ki je sposobna rešiti številne izzive in bolečine v različnih panogah, ne le v bančništvu in financah. Vendar ima svoj delež nazadovanja. Zato so razvijalci ustvarili več vrst in različic soglasnih algoritmov za reševanje pogostih težav, kot so centralizacija, pomanjkanje razširljivosti in nizka prepustnost. 

Toda govoriti o prihodnosti algoritmov veriženja blokov je težko zaradi enega izziva: trileme veriženja blokov. Prvič, ki ga je orisal Vitalik Buterin, navaja nezmožnost omrežij blockchain pri zagotavljanju dveh od treh prednosti: decentralizacije, varnosti in razširljivosti. Obstaja več platform blockchain, npr Fantom in Solana, ki so uvedli svoje lastne hibridne različice algoritmov soglasja, da bi rešili trilemo blockchain, vendar nobena doslej ni bila zares uspešna. 

Za izboljšanje lastnosti verige blokov so bili uporabljeni tudi drugi tehnični pristopi, eden najbolj priljubljenih pa je sloj 2, ki so verige, povezane s slojem 1, npr. Arbitrum z Ethereumom, in razrez, ki celotno verigo blokov razdeli na veliko manjših omrežij. Buterin meni sharding kot najboljši pristop za zagotavljanje treh lastnosti popolne verige blokov.