Что такое консенсус в криптовалюте
«Алгоритмы консенсуса»: Подтверждение доли и доказательство работы
Блокчейн — это распределенная система, в которой могут находиться тысячи участников. В отличие от обычных распределенных баз данных, в блокчейне почти всегда отсутствует центральный администратор, который конфигурирует узлы сети, поэтому получается, что архитектура блокчейна не просто распределена, но децентрализована. В связи с этим для блокчейна является актуальной задача распределенного консенсуса:
«Как узлам сети достичь одинаковой точки зрения на журнал транзакций блокчейна в распределенной сети при условии, что произвольные узлы могут «падать» или зависать, руководствуясь лишь общими правилами обработки сообщений в сети?»
О том, как достигается консенсус в блокчейнах, мы поговорим в нашем сегодняшнем материале.
Структура и узлы блокчейн-сетей
В любой блокчейн-сети передаются два основных типа сообщений — транзакции и блоки (которые, в свою очередь, являются списками транзакций). Транзакции формируются участниками системы и их алгоритм консенсуса не касается: для того чтобы инициировать, скажем, отправку биткойнов, никакого соглашения не надо, достаточно знать правильный ключ. Блоки — совсем другое дело. Они являются основным продуктом алгоритма консенсуса и определяют, в каком порядке транзакции будут включены в журнал транзакций.
Зачем нужны эти сложности? Оказывается, без согласования между узлами сети возможна повторная трата средств (double spending). Предположим, у Евы есть 1 биткойн. Она может сформировать две транзакции, согласно которым этот биткойн переходит Алисе и Бобу. Если Алиса и Боб никак не согласовывают свою историю транзакций, они оба примут платеж Евы, поскольку транзакции будут подписаны электронной подписью Евы, а до выполнения транзакции у Евы действительно был этот биткойн! Поэтому участникам сети нужно согласовывать журналы транзакций. Тогда успешно выполнится только одна из транзакций Евы, а вторая станет некорректной — средства Евы будут уже потрачены.
Можно ли обойтись без блоков, включая транзакции в журнал по отдельности? Теоретически да, но на практике блоки экономят объем трафика и вычислительные ресурсы узлов сети. Кроме того, у них есть и другие преимущества в контексте конкретных алгоритмов консенсуса — оказывается, что со слишком частыми блоками работа блокчейна становится нестабильной.
Блоки создаются особой категорией узлов сети блокчейна — так называемыми узлами консенсуса. В случае биткойна и других криптовалют эти узлы называют майнерами, поскольку они вознаграждаются за свою работу (майнинг) генерацией новых порций криптовалюты. Майнеры активно участвуют в формировании блокчейна, постоянно группируя входящие транзакции в блоки и распространяя их по сети.
Второй тип — узлы аудита. Они не участвуют в процессе консенсуса, однако имеют у себя полную копию блокчейна. «Аудиторы» регулярно проверяют работу майнеров и занимаются распределением нагрузки по сети, выполняя функцию своеобразной сети доставки контента (CDN) для данных блокчейна.
Третий тип узлов — это легкие клиенты. Легкими они называются потому, что не имеют полной версии блокчейна и содержат лишь те данные, которые важны для узла. По этой причине они являются хорошим вариантом для организации криптовалютного кошелька — всей картины сети такой клиент не даст, но позволит эффективно отслеживать баланс пользователя. Легкие клиенты требуют меньше вычислительных ресурсов и объемов памяти, поэтому могут работать на мобильных платформах.
/ Роли узлов в блокчейн-сети. Узлы консенсуса и конечные клиенты могут быть «отгорожены» друг от друга
Биткойн-блокчейн является одним из крупнейших блокчейнов. По данным сайта bitnodes, 8 апреля 2017 года в биткойн-сети наблюдалось 7025 узлов с полной копией блокчейна. Большая часть из них — это узлы аудита; продуктивных майнеров в сети не так уж много — несколько десятков. Отметим, что количество узлов в несколько раз меньше числа участников сети биткойн (которых более 13 миллионов). Так получается потому, что пользователи не обязаны хранить локальную копию блокчейна для отправки транзакций — достаточно хранить закрытые ключи, при помощи которых транзакции подписываются.
Консенсус
Задача распределенного консенсуса не специфична для блокчейнов и имеет хорошо проверенные решения для многих других распределенных систем (например, баз данных NoSQL). Даже задача консенсуса, в котором узлы могут вести себя «по-плохому», — задача византийского консенсуса — впервые была сформулирована в 80-х годах прошлого века, а методы её решения появились в конце 90-х.
Но биткойн и другие блокчейны от предыдущих наработок отличаются условиями работы сети. В обычных алгоритмах византийского консенсуса у узлов сети есть «личности», выражаемые через цифровые подписи или сходные криптопримитивы, а сам список узлов известен заранее или меняется редко, но предсказуемо. В биткойн-блокчейне все наоборот.
Участники сети не только заранее неизвестны, но и могут свободно подключаться или отключаться от сети. При этом блокчейн, являясь децентрализованной системой, имеет определенные свойства: устойчивость к цензуре (никто не может запретить майнить криптовалюту) и объективность (для определения текущей версии журнала транзакций не нужно доверие неким авторитетным источникам — корень доверия находится в самом блокчейне).
Из-за этого обычные алгоритмы византийского консенсуса для блокчейна не подходят. Поэтому было предложено множество различных алгоритмов, среди которых выделяются две основные категории: алгоритмы на основе доказательства работы (proof-of-work) и алгоритмы на основе подтверждения доли (proof-of-stake).
Доказательство работы — PoW
Доказательство работы было «изобретено» задолго до биткойна еще в начале 90-х и применялось в ином контексте: для защиты от спама. Например, один вариант доказательства работы (Hashcash) был предложен английским криптографом Адамом Бэком (Adam Back), который сейчас является генеральным директором одного из крупнейших блокчейн-стартапов.
В случае доказательства работы хеш сообщения, объединенного со специальным полем (nonce), должен быть меньше определенного значения (или начинаться с определенного числа нулевых битов). Nonce не несет смысла для самого сообщения — это поле перебирается автором доказательства, пока не будет найдено подходящее значение. Название «доказательство работы» отражает тот факт, что для нахождения nonce надо совершить вычислительную работу, ожидаемое количество которой измеримо. Например, если нужно, чтобы первые 16 бит хеша равнялись нулю, то в среднем нужно перебрать 65536 значений nonce.
Проиллюстрировать это можно с помощью программы на Python:
Уточнение насчет ожидаемого количества работы является важным. Теоретически, при сильном везении, подходящий nonce можно найти очень быстро. Если программу выше запустить с сообщением «Bl0Ckchain», то получится, что значение nonce равняется 6571, а это в десять раз меньше ожидаемого. Поэтому, глядя на доказательство работы, можно лишь оценить затраченные на него ресурсы, однако для высокой сложности доказательства (то есть ожидаемого количества выполненной работы) эта оценка будет достаточно точна.
Доказательство работы похоже на цифровые подписи — оно обеспечивает целостность сообщения, так как вероятность того, что один и тот же nonce подойдет для различных сообщений, очень мала. Доказательства также легко проверяются — достаточно провести лишь одну операцию хеширования. В отличие от подписей, создание доказательства работы не требует знания секретов, но «потребляет» больше вычислительных ресурсов. Например, в приведенной выше программе на создание доказательства работы для сообщения «blockchain» сложностью 32 бита требуется несколько часов вычислений на обычном персональном компьютере, однако проверяется это доказательство практически мгновенно.
PoW и консенсус
Использование PoW для консенсуса — пожалуй, самая большая инновация оригинальной статьи о биткойне. Соответствующий алгоритм консенсуса получил вполне академическое название — консенсус Накамото. Сатоши (автор или авторы статьи) предложил «подписывать» каждый создаваемый блок доказательством работы, сложность которого зависит от общей вычислительной сложности сети биткойна. Такой подход дает несколько преимуществ:
Консенсус Накамото обеспечивает два ключевых требования к блокчейну, которые мы выделили ранее. Из-за того, что доказательство работы не привязывается к личностям майнеров (в отличие от цифровых подписей/сертификатов), обеспечивается устойчивость к цензуре. А за счет того, что доказательства работы быстро проверяются и не требуют для проверки ничего, кроме блокчейна, достигается объективность протокола.
Консенсус Накамото устойчив к атакам на сеть блокчейна, причем его безопасность достаточно хорошо исследована теоретически (в отличие от более новых предложений для блокчейнов). В оригинальной статье отмечено, что сеть биткойна продолжит адекватно функционировать, даже если половина майнеров начнет злонамеренную активность. Если же среди майнеров появится злонамеренное большинство (так называемая атака 51%), они смогут игнорировать блоки от всех остальных майнеров, чтобы забрать себе всю награду в сети, или, например, мошенничать, производя повторную трату средств за счет намеренных форков блокчейна. Однако при этом отметим, даже если все майнеры в сети сговорятся, они не смогут обойти базовые механизмы безопасности биткойна — например, не смогут похитить биткойны пользователей.
Биткойн — самая мощная сеть, использующая доказательство работы. За одну секунду майнеры биткойна вычисляют более трех квинтиллионов (3∙1018) хешей. 32-битное доказательство (которое вычисляется на компьютере несколько часов) — это минимальная сложность в биткойне, которую можно было наблюдать лишь в самом начале работы сети. Это связано с тем, что сложность доказательства автоматически регулируется так, чтобы биткойн-сеть находила в среднем один блок в 10 минут. При увеличении хешрейта сети растет и сложность — сейчас сложность одного доказательства составляет около 70 бит. Соответственно, hex-запись хеша блока должна начинаться с 17 нулей.
/ Мощность биткойн-сети растет по экспоненте. Это обеспечивает высокую стоимость атаки на сеть
Альтернативы для PoW
У консенсуса Накамото есть свойство, которое многими воспринимается как большой недостаток, — для обеспечения безопасности нужно «работать», то есть производить доказательства работы. Вычисления, которые выполняются в рамках PoW, не служат никакой полезной цели, и это архитектурная особенность. Оказывается, очень сложно придумать доказательство работы, которое бы выполняло общественно полезную роль. Поэтому может показаться, что ресурсы (прежде всего, электричество) на майнинг тратятся впустую (если не считать, что они тратятся на обеспечение безопасности).
Помимо этого, майнинг все же подвержен проблеме централизации. Более 70% хешрейта биткойна на данный момент находится в одной стране — Китае. Многие криптовалюты пытаются децентрализовать майнинг за счет использования доказательств работы, которые экономически невыгодно вычислять на специализированном оборудовании, однако с таким подходом возникает другая проблема — если сделать выгодным майнинг биткойнов с помощью домашних компьютеров, то арендовать оборудование для атаки (или создать для нее ботнет) станет существенно дешевле и проще.
Пытаясь решить эти проблемы, сообщество предлагает множество алгоритмов консенсуса, которые не требуют «работы». Самая популярная категория таких алгоритмов основана на доказательствах доли (proof-of-stake, PoS). Доказательство доли похоже на доказательство работы, только вместо совершения определенной работы автор показывает, что у него есть доля в системе (например, в виде ненулевого баланса криптовалюты). Получается, что для майнинга с PoS достаточно «запастись» криптовалютой, после чего просто получать с нее «проценты».
Однако у доказательства доли есть неприятный недостаток в сравнении с PoW: поскольку доказательства доли базируются не на реальном мире (вычислительная мощность), а на чём-то внутри самого блокчейна (баланс криптовалюты), задача построения надежного PoS-алгоритма оказывается нетривиальной.
В простейших вариантах PoS-консенсуса возникают проблемы с базовыми свойствами. Оказывается, что в них самым экономически выгодным поведением является размножение форков блокчейна для повторной траты средств. Были созданы более сложные варианты доказательства доли, без явных дыр в безопасности; такие алгоритмы возвращают в консенсус фактор экономической ответственности за счет обязательного залога, который конфискуется в случае некорректного поведения участника.
У криптографического сообщества все еще остаются сомнения насчет возможности надежных алгоритмов с доказательством доли. Возможно, планируемый переход на доказательство доли блокчейна Ethereum — второго по объему рынка публичного блокчейна — расставит все точки над i.
Кроме доказательства доли, блокчейн-энтузиасты экспериментируют и с другими алгоритмами «proof-of-*». Например, Брэм Коэн (Bram Cohen), создатель протокола BitTorrent, недавно предложил использовать для консенсуса в блокчейнах доказательство локального хранения файлов (proof-of-space), то есть заменить вычислительную мощность в PoW на дисковое пространство. Однако по степени зрелости подобные инициативы еще сильнее отстают от алгоритмов доказательства работы, чем proof-of-stake.
Алгоритм Консенсуса в Блокчейне: что это? POW, POS и другие
Алгоритм консенсуса блокчейн платформы
Алгоритм консенсуса может определяться как механизм, с помощью которого блокчейн сеть достигает консенсуса. Публичные (децентрализованные) блокчейны построены как распределенные системы, и поскольку они не полагаются на центральные органы, распределенные узлы должны согласовывать валидацию транзакции. Именно здесь вступают в силу алгоритмы консенсуса. Они уверяют, что соблюдаются правила протокола, и гарантируют, что все транзакции происходят доверенным способом, поэтому монеты могут быть потрачены только один раз.
Что такое протокол и алгоритм консенсуса в блокчейне
Начнем с азов. Блокчейн — это децентрализованная сеть из блоков, содержащих данные. В криптовалютах эти блоки хранят информацию обо всех операциях внутри сети. Все блоки записываются в сеть последовательно один за другим и связаны в цепочку. При этом каждый блок содержит информацию обо всех предыдущих блоках. Из такой сети нельзя ничего удалить, отредактировать или изменить задним числом — ведь пришлось бы переписывать всю цепочку с самого начала.
Алгоритм консенсуса гарантирует соблюдение правил протокола и достоверность всех транзакций. Он отвечает за то, чтобы все ноды сети были согласны с добавлением в нее нового блока и поддерживает целостность и безопасность сети.
При этом важно понимать разницу между алгоритмом консенсуса и протоколом:
Конснесусная модель Proof-of-work (PoW)
Тот факт, что он требует ввода данных в своей сети, делает PoW очень трудным для взлома (любая успешная атака потребует, по крайней мере, 50% мощности хеширования всей сети), но это также делает его чрезвычайно затратным с точки зрения энергопотребления. По некоторым оценкам, Биткойн использует 32 ТВтч энергии в год, что примерно равно количеству электроэнергии, используемой всей Данией.
Алгоритм консенсуса Proof of Stake (PoS)
Proof-of-Stake (PoS) рассматривается, по крайней мере Ethereum, как наследник трона блокчейна. PoS действует как гораздо более энергоэффективное и децентрализованное воплощение алгоритма консенсуса. Переход крипто-гиганта Ethereum из PoW в PoS показывает потенциал, которым обладает альтернативный подход.
В тех случаях, когда PoW требует участия сети для совместной работы в создании узлов, PoS работает с вероятностями. Совет блокчейн определяет PoS следующим образом: «Proof of Stake опирается на вероятностную модель для выбора валидаторов, где вероятность того, что валидатор получит блок для решения, прямо пропорциональна количеству монет, внесенных им в качестве залога для защиты сети. Этот залог может быть изъят, если было замечено какое-либо нарушение со стороны валидатора. Основная математическая головоломка похожа на ту, что используется в Proof of Work. Однако ее сложность ниже».
Алгоритм консенсуса криптовалюты Proof-of-authority (PoA)
PoA-консенсусы используют заранее назначенный набор аккаунтов, которые могут производить блоки и голосовать за принятие и исключение новых членов. Этот вид консенсуса — естественный выбор для корпоративных блокчейнов и тестовых сетей. Здесь может вообще не быть внутреннего токена, а при голосованиях за блоки и при выборах валидаторов 1 валидатор = 1 голос.
В POA процесс майнинга начинается как стандартный процесс POW с участием различных майнеров, пытающихся опередить друг друга в нахождении решения нового блока с помощью более высокой вычислительной мощности. При обнаружении нового блока система переключается на POS с новым найденным блоком, содержащим только заголовок и адрес вознаграждения майнера.
Алгоритм консенсуса Proof-of-Importance (PoI)
Proof of Importance — доказательство важности. Он похож на Proof-of-Stake, однако в нем учитывается не только количество монет на счету, но и другие факторы, такие как репутация ноды (определяется через специальный сервис), количество входящих и исходящих транзакций. Т.е. эта консенсусная модель дает право генерировать блоки только «полезным» членам сети. На PoI разработана популярная криптовалюта NEM.
Консенсусная система Delegated Proof of Stake (DPoS)
Delegated Proof of Stake — делегированное доказательство доли владения. Это подвид модели Proof-of-Stake. Часто DPoS называют технологической демократией. Работу этого алгоритма можно сравнить с компанией, в которой каждый своим голосом может повлиять на выбор начальника или его увольнение, если последний не справляется со своими обязанностями. Суть DPoS состоит в том, что ноды сети методом голосования выбирают узел, который будет генерировать блоки. Работает правило: чем большим количеством монет обладает нода, тем больший вес имеет ее голос. Правила начисления вознаграждения также определяются также участниками сети. В некоторых сообществах вознаграждение начисляется не только ноде, которой делегировали право генерировать блоки, но и остальным участникам. Первая монета, в которой был применен алгоритм DPoS — Bitshares, он применяется в следующих монетах: EOS, Lisk, Ark, Steem. Также платформа CrowdWiz имеет алгоритм консенсуса DPoS.
Raft – алгоритм консенсуса
Консенсусная модель Leased Proof of Stake (LPoS)
Чем выше сумма узла (вместе с монетами, взятыми в аренду), тем больше шансов, что для создания следующего блока будет выбран полный узел. Если узел выбран, пользователь будет получать процент от комиссии за транзакции, которые собирает этот узел. Протокол позволяет заработать на майнинге, не ведя самой добычи криптовалюты.
Алгоритм консенсуса Proof of Elapsed Time (PoET)
Консенсусная система Simplified Byzantine Fault Tolerance (SBFT)
В SBFT один назначенный генератор блоков собирает и проверяет предложенные транзакции, периодически объединяя их в новый блок. Консенсус обеспечивается Генератором, который применяет правила (проверки), согласованные узлами (ядрами цепочки) к блоку и назначенным подписчиком блока. Другие (множественные) назначенные подписчики блоков ратифицируют предложенный блок своими подписями.
Алгоритм консенсуса Delegated Byzantine Fault Tolerance (DBFT)
DBFT называется Делегированный византийский Отказоустойчивый механизм консенсуса, который обеспечивает крупномасштабное участие в консенсусе через голосование по доверенности. Владелец токена, голосуя, может выбрать бухгалтера, которого он поддерживает. Выбранная группа бухгалтеров, через алгоритм BFT, достигает консенсуса и генерирует новые блоки.
Консенсусная модель Proof of Capacity (PoC)
Консенсусная система Proof of Burn (PoB)
Доказательство сжигания. Протокол работает по принципу разрешения майнерам сжигать или уничтожать токены виртуальной валюты, что дает им право писать блоки пропорционально сгоревшим монетам.
Алгоритм консенсуса Proof of Weight (PoWeight)
Консенсусная модель Directed Acyclic Graphs (DAG)
DAG не имеет структуры данных Блокчейн и способен обрабатывать транзакции асинхронно.
Заключение
В заключении можно сказать, что блокчейн продолжает развиваться и будут появляться новые алгоритмы консенсуса, упрощающие работу с ним. Какой из них выбирать, решать самому пользователю. Сейчас майнеры стараются найти такие алгоритмы, которые снижают их издержки при добыче монет.
Алгоритм консенсуса криптовалюты. Обзор основных механизмов согласования: Proof of Work (PoW), Proof of Stake (PoS) и других
Алгоритм консенсуса криптовалюты – это метод достижения соглашения в блокчейн-сети. Соглашение (консенсус) – основа всей работы цепи. Механизмы согласования используются для обеспечения надежности любой сети, включающей в себя несколько узлов. Именно это делает блокчейн-сети настолько децентрализованными и безопасными.
По сути, алгоритмы консенсуса выполняют две функции: предохраняют сеть от мощной хакерской атаки, способной повредить ее, и гарантируют истинность нового блока в цепи. Взамен этой пользы многие алгоритмы забирают много вычислительной энергии, однако они совершенно необходимы для полноценной работы блокчейн-технологий.
На сегодняшний день существует много типов механизмов согласования. Редакция Profinvestment.com рассмотрит основные разновидности, а затем – более редкие.
Что такое алгоритм консенсуса и зачем он нужен. Задача византийских генералов.
Механизм согласования играет важнейшую роль. Отдельные части одноранговой системы, такой как публичный блокчейн, обязательно должны «договариваться» друг с другом о том, как выглядит история цепи до настоящего момента, и о том, каким образом продвигаться вперед – ведь нет центрального органа, который бы контролировал эти аспекты.
Всегда присутствует риск случайной или намеренной дезинформации либо недопонимания между участниками сети. В публичном блокчейне достаточное количество пользователей должно признать правильность истории транзакций до определенного момента. Однако нельзя гарантировать, что все будут честны – есть злоумышленники, которые хотят регистрировать мошеннические транзакции или запрещать подлинные.
Решение этой проблемы должно быть автономным. Никто не может в одностороннем порядке объявлять транзакцию правильной или неправильной, это противоречило бы всем принципам децентрализации. Термин «Проблема византийских генералов» появился в 1982 году и сразу был признан лучшим способом объяснить сложности достижения децентрализации, чтобы людям было легче понять проблему. Его суть:
В изобретенной Сатоши Накамото системе Bitcoin все эти проблемы удалось решить. Распределенные системы обладают так называемой «византийской отказоустойчивостью», то есть в их протокол встроена система BFT. Механизм согласования каждые 10 минут производит новые блоки и вознаграждает узел, сформировавший следующий блок. Все остальные узлы сети Биткоин могут убедиться в правильности создания блока и тем самым достичь соглашения о том, стоит ли помещать его в цепочку, обуславливающую работу системы.
Ключевые алгоритмы консенсуса в криптовалютных блокчейн сетях
Рассмотрим используемые на текущий момент в блокчейн-сфере механизмы консенсуса.
Обзор алгоритма Proof of Work (PoW, доказательство выполнения работы)
Proof of Work – информация, которую трудно, долго или дорого произвести, но при этом легко проверить на соответствие заданным требованиям. Получение Proof of Work обычно является рандомной процедурой с крайне маленьким шансом успеха, то есть для достижения цели требуется совершить очень много попыток и ошибочных действий. Такую схему работы использует Биткоин.
Чтобы блок был подтвержден пользователями системы, майнеры должны добиться доказательства выполнения работы, которое охватывало бы все содержащиеся в блоке платежи. Сложность процесса строго отрегулирована: сеть блокчейн может генерировать один блок в среднем в десятиминутный период. Шанс правильной генерации крайне низок, поэтому невозможно предсказать, какое устройство в сети создаст его.
Чтобы блок был признан за действительный, его хэш-сумма должна быть меньше заданной. В каждом новом блоке содержатся сведения о хэше предшествующего. Невозможно изменить блок, помещенный в блокчейн, поскольку для этого пришло бы изменить и все блоки, которые шли следом за ним.
Наиболее распространена схема Proof of Work под названием SHA-256, но кроме нее есть еще следующие виды:
Периодически появляются и новые вариации, которые в чем-то усовершенствованы по сравнению с классическими. Но принцип всегда остается одним и тем же.
Преимущества и недостатки PoW
Главное преимущество алгоритма консенсуса Proof of Work – эффективная защита от DDoS-атак и влияния майнеров с низкой мощностью оборудования. PoW накладывает определенные ограничения на разрешенные пользователям действия, так как выполнение задачи требует сильный вычислительных мощностей. Чтобы совершить атаку на сеть, нужно огромное количество мощности, что в большинстве случаев будет просто экономически невыгодно. Также держатели крупных капиталов не могут оказывать влияние на сеть, имеет значение только суммарная мощность используемого оборудования.
Основные минусы – внушительные экономические затраты на майнинг и множество «бесполезных» расчетов. На текущий момент сложность добычи Биткоина настолько высока, что действительно ощутимо заработать на майнинге могут только крупные корпорации, имеющие возможность вложить огромное количество средств в оборудование. В результате система постепенно становится более централизованной.
Печально и то, что масса бесполезных расчетов, производимых майнерами, нигде не используется – результаты не могут быть применены ни в науке, ни в бизнесе. Экология страдает от потребления тысяч киловатт электричества.
В каких криптовалютах используется алгоритм консенсуса PoW
На сегодняшний день следующие криптовалюты используют Proof of Work в своей работе (в скобках указана конкретная модификация алгоритма):
И множество других менее популярных валют.
Обзор алгоритма Proof of Stake (PoS, доказательство доли владения)
Доказательство доли владения (Proof of Stake) – механизм согласования для публичного блокчейна, где вероятность успеха связана с экономической значимостью узла в сети. В блокчейнах, работающих на основе PoS пул валидаторов по очереди голосует за дальнейший блок, и важность голоса каждого валидатора зависит от суммарного объема его капитала (так называемой доли).
Общий принцип действия Proof of Stake выглядит так: валидатором в сети может стать любой, имеющий накопления в виде монет сети. Для этого владелец узла должен перевести желаемую часть своих средств в депозит при помощи специальной транзакции. Дальнейший путь может быть одним из двух:
Преимущества и недостатки PoS
Два основных плюса алгоритма – отсутствие затрат электроэнергии и высокий уровень безопасности.
В Proof of Stake не нужно мощное оборудование, содержать которое экономически неразумно и которое наносит вред экологии. Благодаря этому также увеличивается коэффициент децентрализации, поскольку крупным игрокам сложнее получить контроль над сетью. Чтобы завладеть цепью, злоумышленнику потребовалось бы купить 51% всех токенов на рынке. Криптовалюты с малой капитализацией действительно подвержены этому риску, но с топовыми такое невозможно.
Что касается недостатков, то с точки зрения дохода PoS сейчас менее выгоден, чем PoW. Кроме того, продавая монеты, добытые путем доказательства работы, человек продает только их. А продавая монеты, добытые через доказательство доли, продает своего «майнера», то есть теряет возможность заработать еще больше.
В каких криптовалютах используется механизм PoS
Примеры популярных валют, работающих на алгоритме Proof of Stake:
Обзор алгоритмов Leased Proof of Stake и Delegated Proof of Stake
Leased Proof of Stake, или LPoS – механизм согласования, базирующийся на Proof of Stake, но несколько усовершенствованный. Если в обычной версии узел удерживает у себя некоторый объем денежных средств, чтобы получить возможность закрыть дальнейший блок в цепочке, то в LPoS пользователь может сдать свои средства в аренду фулл-нодам (главным узлам).
В результате формируется кошелек лизинга, и майнеры, пользующиеся им для генерации блоков, выплачивают проценты настоящему владельцу средств. Каждый пользователь в сети может выбирать, кем ему стать – просто сдать средства в аренду и получать проценты, или же стать фулл-нодой (это делается за отдельную плату, довольно ощутимую).
Способ используется, например, в криптовалюте Waves.
Другой вариант называется Delegated Proof of Stake, или dPoS, и представляет собой процесс голосования через избранных делегатов. Этому предшествует выбор производителей блоков; всё множество участников сети делится на валидирующих и голосующих. В итоге держатели монет, имеющие право голоса, не могут подтверждать транзакции. Но они имеют право выбрать некоторое количество участников, которое будет заниматься формированием блоков.
Обязательное условие для желающих стать валидаторами – раскрытие своей личности и подтверждение готовности постоянно быть онлайн, поддерживать нормальное функционирование узла, бесперебойно подтверждать транзакции. Те же, кто за эти узлы голосовал, получает в награду процент от вознаграждения за блок.
Вариант применяется в работе криптовалюты BitShares.
Другие алгоритмы
Несколько редких, но интересных по своей сути, механизмов согласования.
Proof of Importance (PoI)
Доказательство важности – алгоритм, впервые представленный в рамках криптовалюты NEM. Используется для определения того, какие участники имеют право добавлять новые блоки в цепь; этот процесс называется харвестингом (проведена аналогия со «сбором урожая», harvesting по-английски). В обмен на закрытие блока узел может собрать процент с комиссий за транзакции, заключенные в этом блоке. Чтобы получить право на харвестинг, нужно иметь минимум 10 000 монет XEM.
Proof of Burn (PoB)
Концепция этого метода состоит в том, что майнеры должны доказать сжигание монет. Сжигание – это отправка средств на определенный нерасходуемый адрес. Такой способ применяется в системе Slimcoin. Сеть позволяет владельцам фулл-ноды зарабатывать монеты, отыскивая доказательство сожжения, которое определяется по количеству присланных на нужный проверяемый адрес денег.
Proof of Capacity (POC)
Proof of Capacity – механизм согласования, позволяющий совершать вычисления с помощью использования ресурсов жесткого диска, а не видеокарт, ASIC-майнеров или процессоров. Метод появился как альтернативное решение проблемы высокого потребления энергии в PoW. POC дает возможность использовать незанятое пространство жесткого диска для майнинга криптовалют. Чем объемнее жесткий диск, тем больше возможных значений решения можно на нем хранить, и тем больше шансов получить вознаграждение за нахождение блока.
Примеры валюты, которую можно так добывать – SiaCoin.
Proof of Authority (PoA)
В сетях на базе PoA блоки и транзакции проверяются утвержденными учетными записями, носящими название валидаторов. Валидаторы поддерживают на своих устройствах программное обеспечение, автоматически проверяющее транзакции и помещающее их в блоки. Стать валидатором может узел с высокой надежностью и хорошей репутацией.
Способ успешно применен в сети VeChain.
Proof of Brain
Proof of Brain описано в Bluepaper криптовалюты Steem и имеет два основных свойства:
Эти два свойства позволяют блокчейну распределять большую часть вознаграждений путем применения человеческого мнения, а не автоматическими процессами.
Byzantine Fault Tolerance (BFT)
Такое обозначение дает понять, что в сети используется система решения подробно описанной выше Задачи византийских генералов. Самый яркий пример использования такой технологии – Биткоин. Хотя сейчас он кажется медленным и неэффективным, но зато среди всех существующих криптовалют он самый честный и надежный, о чем не устают повторять Биткоин-евангелисты.
Proof of Elapsed Time (PoET)
Стратегия этого алгоритма консенсуса выглядит так: каждый пользователь блокчейн-сети ожидает некоторое количество времени, определяемое случайным образом; первый пользователь, закончивший ожидание, закрывает блок и получает вознаграждение. Proof of Elapsed Time разработала компания Intel, механизм работает на специальном наборе инструкций для процессора Software Guard Extensions (SGX). Основное предназначение алгоритма – запуск доверенных приложений в безопасной среде.
Proof of Activity (POA)
PoA подразумевает гибридный процесс генерации блоков, сочетающий в себе принципы PoS и PoW. Сначала майнеры осуществляют свою работу, затем в дело вступают холдеры (держатели монет). Проект пока чисто теоретический и не используется в криптовалютах.
Proof of Weight (PoWeight)
Теперь вы знаете о том, какие алгоритмы способны тем или иным способом поддерживать работоспособность блокчейн-сетей. Все они имеют свои преимущества и недостатки, но направлены на одну цель – обеспечение максимальной безопасности и децентрализации.