При игре в бейсбол хоум-ран требует, чтобы отбивающий отбил фэйр-бол, который перелетает через ограждение поля, позволяя отбивающему взбираться по базам без сопротивления. Забить хоум-ран можно только потому, что игроки, судьи и зрители согласны с параметрами, которые его определяют. Если одна команда считает, что мяч должен пересечь забор, чтобы совершить хоум-ран, а другая команда считает, что мяч также должен отскочить от дерева, чтобы пройти квалификацию, отсутствие консенсуса поставит под вопрос статус достижения.
Когда речь заходит о финансах, здесь не может быть никаких вопросов. Никто не хочет отдавать три биткоина одному Брокер по недвижимости а затем услышать слова: «Поздравляем, вы, возможно, купили дом».
Механизмы консенсуса способствуют согласованию между узлами в сети блокчейн. Проще говоря, они следят за тем, чтобы каждый игрок был согласен с правилами игры.
Система консенсуса защищает децентрализацию сети, гарантируя, что она не зависит от единой точки отказа; Но он также защищает безопасность сети, гарантируя, что она не зависит от одного центра власти. Например, если бы в бейсболе не было свода правил, ничто не помешало бы бэттеру отбить мяч на два фута, а затем объявить «хоум-ран». Точно так же, если бы в блокчейне не было механизма консенсуса, ничто не помешало бы одному злоумышленнику в одностороннем порядке проверять транзакции в блокчейне, чтобы разбогатеть.
Как блокчейны проверяют транзакции — PoW, PoS и не только
Proof of Work и Proof of Stake — это два основных механизма консенсуса, используемых в криптовалютных сетях для проверки транзакций. Ключевое различие заключается в том, как они определяют, кто получает право проверять транзакции. PoW полагается на вычислительную мощность, где участники соревнуются в решении сложных головоломок, в то время как PoS использует систему, похожую на лотерею, где участники выбираются на основе их ставки в криптовалюте.
В блокчейне PoW, таком как биткоин, ваши шансы попасть в блок прямо пропорциональны количеству вычислительной мощности, которой вы обладаете. В блокчейне PoS, таком как Etheruem или Cardano, ваши шансы на попадание в блок пропорциональны количеству валюты, которой вы лично владеете. Важно отметить, что майнить можно только монеты в блокчейне PoW, поскольку цепочки PoS вознаграждают блоки на основе случайной жеребьевки.
Третий метод, известный как делегированное доказательство доли владения (DpoS), представляет собой механизм консенсуса, при котором пользователи сети голосуют за делегатов для проверки транзакций. Вместо того, чтобы каждый пользователь принимал непосредственное участие в процессе валидации, как в Proof-of-Stake (PoS), DPoS позволяет небольшой группе избранных делегатов выполнять работу.
Доказательство работы
Концепция Proof of Work (PoW) была впервые предложена в 1993 году как способ борьбы со спамом по электронной почте и атаками типа «отказ в обслуживании». Позже, в 1997 году, Адам Бэк внедрил механизм PoW под названием Hashcash, еще больше укрепив концепцию. С тех пор было предпринято еще несколько попыток реализации в реальном мире, но PoW не был широко адаптирован до тех пор, пока Биткойн не был разработан и впоследствии популяризирован Сатоши Накамото.
С помощью этого метода майнеры соревнуются в решении сложнейших математических задач. Первый майнер до финиша подтверждает транзакцию и зарабатывает блок этой валюты в качестве вознаграждения за свой вклад. Затем решение проверяется другими узлами в сети, чтобы убедиться, что большинство согласно с состоянием реестра блокчейна, предотвращая его контроль со стороны одного объекта.
Процесс решения головоломок с помощью механизма PoW обеспечивает безопасность сети несколькими способами:
1. Энергоемкий: Решение головоломки требует значительных вычислительных мощностей и энергии. Это затрудняет запуск атак злоумышленниками, так как им потребуются значительные ресурсы.
2. Вычислительные усилия: Сложность головоломки гарантирует, что поиск решения требует времени и усилий. Это замедляет процесс добавления новых блоков, что затрудняет злоумышленникам манипулирование блокчейном.
3. Неизменяемая цепочка: Как только транзакция подтверждена и добавлена в блок, она становится фактически постоянной, что также называется неизменяемостью. Это постоянство обеспечивается криптографическими хешами, которые связывают каждый блок в цепочке. Изменение любого отдельного блока приведет к аннулированию каждого последующего блока в цепочке. Создание мошеннического блока потребовало бы пересчета всех последующих блоков, что непрактично с вычислительной точки зрения для злоумышленников. Если бы это вообще было возможно, количество энергии, которое хакер потребил бы на решение последующих блокировок, стоило бы больше, чем то, что на самом деле было выплачено преступлением.
Известные проекты, использующие PoW, включают Bitcoin, Dogecoin, Litecoin и Ethereum Classic.
Доказательство доли владения
В системах PoS валидаторы выбираются для создания новых блоков на основе количества монет, которые они держат и готовы «застейкать» в качестве залога. Эти монеты по сути заблокированы, что означает, что их нельзя обменивать или продавать во время стейкинга. Это препятствует злонамеренному поведению, так как валидаторы рискуют потерять свою долю, если не будут следовать правилам.
Валидаторы блоков выбираются случайным образом с помощью системы, похожей на лотерею, на основе их экономической доли в сети. Чем больше монет вы поставите, тем выше ваши шансы быть выбранным для подтверждения транзакции, тем самым заработав вознаграждение за блок. Думайте о каждой монете, которую вы ставите, как о «билете» в лотерее блокчейна. Такой подход значительно снижает энергопотребление по сравнению с PoW, так как избавляет от необходимости в ресурсоемких вычислениях.
Известные проекты, использующие PoS, включают Ethereum (ETH), Cardano (ADA), Polkadot (DOT), Algorand (ALGO), Cosmos (ATOM), Tezos и Avalanche. Это сравнение... Proof of Work и Proof of Stake — важно при рассмотрении вопросов устойчивости и использования энергии.
Делегированное доказательство доли владения
Еще одним инновационным подходом является делегированное доказательство доли владения (DPoS), которое вводит уровень делегирования в процесс консенсуса. В системах DPoS заинтересованные стороны избирают небольшое количество делегатов, которые отвечают за проверку транзакций на основе их предполагаемой квалификации. Этот метод повышает масштабируемость и скорость транзакций, сохраняя при этом некоторую степень децентрализации.
Известные проекты, использующие DPoS, включают EOS и TRON, которые привлекли внимание благодаря своей способности обрабатывать тысячи транзакций в секунду.
Двойное расходование и атаки 51%
Цифровые валюты существуют в виде данных, которые можно легко скопировать. Без механизма предотвращения этого кто-то потенциально может отправить одну и ту же цифровую валюту нескольким людям одновременно, тем самым потратив один и тот же токен несколько раз. Это известно как «двойное расходование», и это одна из многих причин, по которой консенсус имеет решающее значение для здоровья и стабильности блокчейна.
Консенсус между узлами достигается за счет сохранения единого набора данных — взаимно согласованной версии неизменяемой истории транзакций блокчейна — вместо того, чтобы позволять каждому отдельному узлу поддерживать свою собственную копию базы данных во всей ее полноте. Узлы получают входные данные от ожидающей транзакции, а затем одобряют или отклоняют транзакцию после проверки ее на соответствие правилам блокчейна.
Например, он проверяет, что транзакция правильно подписана/авторизована, что у отправителя достаточно доступных средств, а затем перепроверяет запрос со своей собственной копией блокчейна, чтобы убедиться, что покупка не является частью транзакции, которая уже была завершена, что делается для предотвращения двойного расходования. Если пользователь попытается совершить транзакцию с монетами, которые уже были использованы, транзакция будет отклонена.
Централизация и безопасность
Критики механизма PoW выразили обеспокоенность по поводу централизации из-за майнинговых пулов, которые доминируют над хеш-мощностью. Например, на момент написания этой статьи более 60% вновь добытых блоков биткоина генерируются всего тремя ведущими майнинговыми пулами. Такая централизация власти вызывает серьезные опасения по поводу безопасности сети, поскольку ограниченное количество субъектов может оказывать чрезмерное влияние на весь блокчейн. Например, если один майнинговый пул доминирует над большой долей хешрейта сети, он может инициировать «атаку 51%», предоставляя им контроль над всем блокчейном.
В отличие от PoW, PoS и DPoS нацелены на более равномерное распределение мощности между участниками. По-прежнему существует риск централизации, основанной на концентрации богатства; Те, у кого больше монет, имеют больше контроля. Шансы на успех в атаке 51% на блокчейн PoS низкие, так как для этого потребуется владеть 51% монет во всем блокчейне.
Масштабируемость и устойчивость – почему Proof of Work и Proof of Stake Вопросы
Механизм консенсуса PoW доказал свою эффективность в поддержании безопасности и целостности Биткойна с момента его создания в 2009 году. Тем не менее, зависимость от PoW также вызвала опасения по поводу энергопотребления и масштабируемости.
Экологические проблемы, связанные с системами PoW, заключаются в их огромном потреблении энергии. Вычислительная мощность, необходимая для решения блоков и обеспечения безопасности сети, требует значительного количества электроэнергии, часто из невозобновляемых источников, что приводит к увеличению выбросов углекислого газа.
Чем больше майнеров присоединяются к сети, тем сложнее решать головоломки с блоками, что приводит к более высокому потреблению энергии и увеличению времени транзакций. Это серьезно ограничивает пропускную способность транзакций в блокчейнах на базе PoW. Биткойн, например, может обрабатывать только семь транзакций в секунду (TPS), что меркнет по сравнению с централизованными платежными системами, такими как Visa, которые могут обрабатывать тысячи транзакций TPS.
Чтобы решить проблемы, связанные как с масштабируемостью, так и с эффективностью, Ethereum перешел на механизм PoS в сентябре 2022 года. Это обновление снизило энергопотребление сети на 99,9% и проложило путь к будущим улучшениям масштабируемости, поскольку PoS может обрабатывать значительно больше транзакций в секунду, чем PoW.
Кроме того, инновации уровня 2, такие как Lightning Network для биткоина или Plasma для Ethereum, направлены на повышение масштабируемости за счет обработки транзакций вне сети, при этом сохраняя при этом безопасность базового блокчейна.