Сравнительное руководство по консенсусным алгоритмам блокчейна: PoW и PoS

Децентрализованная распределенная сеть технологии Blockchain создает систему, свободную от коррупции, и предлагает более высокий уровень безопасности, прозрачности и неизменности: вы уже это знаете! Но задавались ли вы когда-нибудь вопросом, как управляется система без центрального органа или как проверяются решения, принимаемые по транзакциям?

Одним из наиболее важных обещаний технологии блокчейна является ненадежная одноранговая система, в которой сообщество помогает проверить подлинность транзакций. Однако задумывались ли вы когда-нибудь, как именно это происходит? Ну, разные блокчейны используют разные методы, которые называются алгоритмами консенсуса блокчейна.

Эти алгоритмы, также известные как протоколы консенсуса, представляют собой наборы правил, по которым работают сети. Если это звучит интересно, прочитайте наше подробное руководство, чтобы узнать, что такое алгоритмы консенсуса блокчейна, их цели, как они работают, а также разницу между двумя наиболее популярными из используемых сегодня.

Как работают блокчейны

Блокчейн — это система для записи информации, которую нельзя изменить или взломать. Блокчейн, также называемый технологией распределенного реестра (DLT), использует децентрализованное криптографическое хеширование для создания безопасной и прозрачной истории цифровых активов.

Хотя блокчейн работает в более сложной системе, аналогия каким-то образом объясняет, как он работает — самая простая иллюстрация того, как работает блокчейн, — это Google Doc. Вы можете делиться и распространять любые документы, созданные с помощью Google Docs, внутри команды вместо того, чтобы копировать и передавать их.

Google Docs использует децентрализованную цепочку распространения, которая позволяет всем членам команды одновременно получать доступ к документу. Все изменения, внесенные в документ, записываются в режиме реального времени и прозрачны, так как ни один из участников не заблокирован.

Каждый блок в цепочке блоков содержит несколько транзакций. Каждый раз, когда пользователь добавляет новую транзакцию в блокчейн, запись транзакции добавляется во все регистры участников.

Точно так же всякий раз, когда пользователь изменяет один блок в цепочке, всем участвующим компьютерам становится очевидным, что изменение было сделано. Любой хакер, намеревающийся повредить систему, должен будет изменить все блоки в цепочке во всех распределенных версиях цепочки.

Что такое механизм консенсуса блокчейна?

Механизм консенсуса — это формула, с помощью которой любая группа людей без высшей центральной власти принимает решения и обеспечивает соблюдение соглашений. Алгоритм консенсуса блокчейна относится к процессу, посредством которого пользователи или одноранговые узлы в сети блокчейна достигают общего соглашения или консенсуса относительно состояния блокчейна в реальном времени.

Протокол консенсуса позволяет сети блокчейна достичь надежности и создать доверие между различными заметками, а также гарантировать безопасность в распределенном реестре. Алгоритм консенсуса становится неотъемлемой частью каждого блокчейн-приложения или проекта DApp в блокчейне.

Механизмы консенсуса блокчейна обычно отвечают за следующие три вещи:

• Они гарантируют, что следующий блок в цепочке является единственно правильной версией правды.
• Они не позволяют злоумышленникам достичь хэш-мощности 51%, узурпировать систему и успешно разветвить цепочку.
• Они гарантируют надежность сети, включая несколько узлов, что является одним из наиболее важных аспектов, поскольку подтверждает целостность сети. Наиболее важным элементом механизмов консенсуса является обеспечение того, чтобы пользователи не тратили одну и ту же криптовалюту дважды (двойные траты).

Другие поставщики финансовых услуг, такие как компании, выпускающие кредитные и дебетовые карты, не используют механизмы консенсуса, поскольку, в отличие от блокчейн-компаний, фирмы контролируют свои сети. Система отправляет информацию в центральную базу данных всякий раз, когда вы используете свои кредитные карты. Пользователи кредитных карт считают, что компании могут защитить как свои данные, так и процесс обработки своих соответствующих заказов во время транзакций.

Поскольку только компания-эмитент кредитных карт контролирует всю свою сеть, они оставляют за собой право отменить или подвергнуть цензуре любую транзакцию. Помимо права на цензуру и их неспособности разрешать споры, большинство централизованных баз данных очень подвержены риску взлома и коррупции.

Войдите в блокчейн и эру криптовалют; стало возможным проводить одноранговые транзакции, которые заслуживают доверия, неизменны и отслеживаемы в децентрализованной сети. Поскольку в таких сетях нет центральной или высшей инстанции для обеспечения соблюдения установленных правил, различные виды алгоритмов консенсуса блокчейна гарантируют, что каждый участник сети согласен с правилами и играет в соответствии с ними.

Цели механизмов консенсуса блокчейна

Ниже перечислены основные цели механизмов консенсуса блокчейна.

№1. Единое соглашение

Достижение единого соглашения является одной из основных целей механизма консенсуса. Протоколы, встроенные в распределенную сеть блокчейна, гарантируют, что все данные, введенные в процессе, являются правдивыми и точными, а статус реестра остается актуальным. В результате пользователи могут совершать сделки без обязательного установления доверительных отношений со своими коллегами.

№ 2. Создайте общий экономический стимул

Поскольку блокчейн — это ненадежная система, которая сама себя регулирует, интересы всех участников должны быть согласованы. В такой ситуации алгоритм консенсуса блокчейна вознаграждает тех, кто соблюдает правила, и наказывает злоумышленников, регулируя экономические стимулы.

№3. Справедливость и равноправие

Протоколы консенсуса гарантируют, что все заинтересованные пользователи могут участвовать в сети, используя одни и те же основы. В результате это оправдывает аспекты децентрализации и открытого исходного кода системы блокчейна.

№ 4. Устранить неисправности

Метод механизма консенсуса также гарантирует, что блокчейн согласован, надежен и свободен от сбоев, а это означает, что система может работать независимо в любое время, в том числе при сбоях и угрозах.

Типы алгоритмов консенсуса блокчейна: Proof of Work и Proof of Stake

В экосистеме блокчейна существует множество алгоритмов консенсуса, и многие другие все еще находятся в стадии разработки. Поэтому каждый пользователь или предприниматель должен быть знаком с особенностями различных механизмов консенсуса и знать, как определить плохие. Изучив основы алгоритмов консенсуса блокчейна, пришло время открыть для себя сильные и слабые стороны двух самых популярных методов консенсуса.

Proof of Work (PoW) и Proof of Stake (PoS) являются наиболее широко используемыми методами консенсуса в блокчейне. Оба регулируют процесс, посредством которого одноранговые транзакции проверяются и добавляются в общедоступный распределенный реестр блокчейна без центрального органа. Знание различий между PoW и PoS может помочь вам легко оценить криптовалюты в вашем портфеле.

Что такое доказательство работы (PoW)?

Метод консенсуса Proof of Work дебютировал в начале 1990-х годов для борьбы со спамом по электронной почте. Идея заключалась в том, что компьютеру необходимо выполнить небольшой объем работы, прежде чем он сможет отправить электронное письмо. В то время как работа должна была быть тривиальной для любого, кто отправляет законное электронное письмо или два, она требовала огромного количества ресурсов и вычислительной мощности для любого, кто намеревался отправлять массовые электронные письма. Создатель Биткойна Сатоши Накамото был первым, кто применил технологию цифровых денег в Белой книге Биткойна.

а. Заказ блокчейна

Вы уже знаете, что блокчейн состоит из цепочки блоков, представляющих группы транзакций, выстроенных в хронологическом порядке. Первый блок в блокчейне, основанном на доказательстве работы, жестко запрограммирован в программном обеспечении и называется блоком 0 или блоком Genesis. Хотя первый блок не ссылается на какие-либо предыдущие блоки, все остальные блоки, входящие в цепочку блоков, должны ссылаться на предыдущие блоки. Каждый несет с собой копию обновленной бухгалтерской книги.

б. Использование энергии

Алгоритм Proof-of-Work использует соревновательную гонку, чтобы определить, кто из участников (майнеров криптовалюты) может корректировать реестр. Майнеры должны использовать вычислительную энергию, чтобы иметь право предлагать действительные блоки в соответствии с правилами сети.

Компьютеры, на которых запущено программное обеспечение Биткойн, известные как узлы, проверяют транзакции, предотвращают двойные расходы и определяют, должен ли какой-либо предложенный блок присоединиться к цепочке. Биткойн-майнеры соревнуются друг с другом, чтобы получить возможность создать новый блок, решая сложные математические суммы с помощью процесса, называемого хэшированием. Математические задачи решить сложно, но сеть может легко проверить правильность решения.

в. Участие

Метод консенсуса PoW сочетает вычислительную мощность с криптографией для достижения консенсуса и проверки транзакций, записанных в блокчейне. Майнеры, участвующие в процессе хэширования, должны сгенерировать правильный ответ на математическую задачу, чтобы получить право добавить новый блок в цепочку.

Участвующие майнеры будут угадывать строку псевдослучайных чисел, которая при объединении с информацией в блоке и передаче через компьютер хэш-функции должна предоставить решение, соответствующее условиям, заранее заданным алгоритмом.

Как только ответ получен, система транслирует выигрышный хэш в сеть, чтобы другие майнеры могли проверить его достоверность. Если другие майнеры подтвердят хэш, блок будет добавлен в цепочку блоков, и успешный майнер получит компенсацию в виде вознаграждения за блок.

д. Распределение наград

Человек, добывший блок, признанный действительным в сети, получает вознаграждение за блок, обычно новую криптовалюту. Для криптовалют, таких как биткойн, блокчейн систематически уменьшает сумму вознаграждения за блок после того, как было создано определенное количество блоков, чтобы общая сумма средств была конечной и дефляционной.

Что такое доказательство доли (PoS)?

Метод консенсуса Proof of Stake (PoS) представляет собой поправку к PoW, которая дебютировала в 2012 году. Вместо того, чтобы полагаться исключительно на компьютеры, конкурирующие друг с другом за создание правильного хэша, цель протокола консенсуса PoS состоит в том, чтобы разрешить участие через владение конкретной криптовалюты. Цель состояла в том, чтобы в первую очередь справиться с высоким энергопотреблением PoW для определения порядка блокчейна.

Алгоритм PoS использует заранее определенный набор факторов для псевдослучайного выбора узла из числа владельцев монет, чтобы предложить следующий блок для блокчейна. Роль выбранного узла заключается в проверке достоверности транзакций в блоке в дополнение к подписанию и предложению блока в блокчейне для проверки.

а. Заказ блокчейна

Как и механизм PoW, метод консенсуса PoS состоит из цепочки блоков, выровненных в хронологическом порядке. Первый блок в блокчейне на основе PoS также жестко запрограммирован в программном обеспечении генезисного блока. Все последующие блоки, добавляемые в цепочку блоков, должны ссылаться на предыдущий блок и содержать полную копию обновленного реестра. Однако, в отличие от метода PoS, участвующие узлы не соревнуются за право выбора для добавления блоков. В результате новые блоки обычно подделываются или чеканятся, а не добываются.

б. Использование энергии

Блокчейны на основе PoS известны тем, что используют энергоэффективную систему для определения того, кто может предлагать новые блоки, и не зависят от высокого энергопотребления и вычислительной мощности. Сторонники механизма консенсуса PoS называют его экологически чистым механизмом, в котором отдельному узлу поручается создание новых блоков, а не конкуренция друг с другом.

Поскольку майнинг PoW и PoS-минтинг требуют потребления энергии, узлы майнинга и майнинга заинтересованы в использовании самой дешевой из возможных форм электроэнергии, которая чаще всего поступает из возобновляемых ресурсов, таких как гидроэлектроэнергия, ветер или солнечная энергия, а не из источников выбросов парниковых газов, таких как уголь.

В то время как майнерам PoS требуется только активный интернет-источник, который требует небольшого количества энергии, майнеры PoW, с другой стороны, должны приобретать специализированное оборудование (GPU), оборудование для майнинга и другие дорогостоящие устройства, чтобы иметь возможность производить блок.

в. Участие

Чтобы принять участие в методе консенсуса PoS и получить шанс быть выбранным для добавления блоков в цепочку, пользователь должен поставить или заблокировать определенное количество токенов блокчейна в конкретном смарт-контракте. Ваш шанс быть выбранным для участия определяется суммой криптовалюты, которую вы ставите.

Пользователи, которые действуют злонамеренно или нарушают установленные правила, могут в конечном итоге потерять свою ставку в качестве наказания. Алгоритм PoS использует несколько других определяющих факторов, чтобы не отдавать предпочтение только самым богатым узлам, некоторые из которых включают чистую рандомизацию или количество раз, когда узел делал ставки на монеты.

д. Распределение наград

Как и в случае с механизмом консенсуса PoW, пользователи, которые успешно предлагают допустимый блок, получают вознаграждение за блок, относящееся к криптовалюте блокчейна. Тем не менее, поскольку право собственности на монеты определяет выбор, некоторые биржи криптовалют предлагают услуги ставок, размещая ставки от имени пользователей в обмен на регулярные выплаты.

PoW против PoS: где будущее?

Наш вердикт алгоритмов консенсуса Proof-of-Work и Proof-of-Stake заключается в том, что оба они работают по-разному для достижения одной и той же цели. Однако, поскольку доказательство доли все еще является относительно новым на рынке, может быть несправедливо судить о том, кто из них является явным победителем.

PoW был традиционным механизмом консенсуса в большинстве оригинальных блокчейнов, таких как Биткойн и Эфириум. Тем не менее, Ethereum находится в процессе принятия нового протокола PoS, чтобы продемонстрировать потенциал нового метода консенсуса.

Механизм консенсуса PoW выдержал испытание временем и зарекомендовал себя как способ защиты блокчейна. Однако это отрицательно сказалось на масштабируемости сети, что отрицательно сказалось на транзакциях. В наши дни люди редко получают возможность майнить, так как крупные централизованные майнинговые организации с огромными вычислительными мощностями взяли на себя управление, что сделало связанные с этим расходы неустойчивыми.

Алгоритм PoS, с другой стороны, более энергоэффективен, а сети, использующие его, обладают более высокой масштабируемостью и более эффективными транзакциями. Однако механизм обеспечивает меньшую безопасность для криптовалют, поставленных участниками.

Вывод

PoS появился, чтобы устранить недостатки, присущие механизму PoW, и, конечно же, добиться успеха с точки зрения энергоэффективности. Тем не менее, оба алгоритма консенсуса блокчейна могут появиться в обозримом будущем, учитывая, что Биткойн застрял на PoW, в то время как Ethereum тяготеет к PoS.

Вам также может быть интересно прочитать об узлах блокчейна.