Появление технологии блокчейн было бурной и насыщенной событиями волной в начале 2010-х годов. Блокчейн появился эффектно и с самого начала доказал свою состоятельность. Главным преимуществом новой технологии стала ее защищенность, безопасность и анонимность. Проще говоря, блокчейн позволяет пользователям совершать сделки в безопасной и прозрачной среде, исключая вмешательство третьих лиц, риски мошенничества и перемещения активов.
Ключевые Выводы
- Алгоритмы консенсуса обеспечивают безопасность и доверие в блокчейн сетях, создавая новые транзакции на основе единого консенсуса.
- Алгоритмы Proof-of-work используют все более сложные математические уравнения для обеспечения максимальной безопасности, но при этом отнимают слишком много времени и энергии.
- Алгоритмы Proof-of-stake требуют меньше энергии, времени и платы, но пока не достигли таких высот безопасности, как POW.
- Существуют и другие алгоритмы консенсуса с уникальными преимуществами и незначительными недостатками, которые являются итерацией подхода POS.
Сущность Концепции Алгоритмов Консенсуса
Концепция алгоритма консенсуса позволяет блокчейну предлагать уникальные преимущества без ущерба для скорости и низкой стоимости транзакций. Алгоритмы консенсуса выступают в роли контролеров и хранителей информации в любой блокчейн-системе, обеспечивая безупречное выполнение всех заранее оговоренных условий транзакций. Более того, алгоритмы консенсуса имеют удачное название, поскольку подтверждают, что все узлы-участники системы согласны с определенным результатом, который является благоприятным состоянием для всей сети.
Алгоритмы консенсуса гарантируют, что транзакции пройдут тогда и только тогда, когда все соответствующие условия удовлетворят все участвующие стороны. В отличие от традиционных средств обеспечения безопасности и подтверждения Web 2.0, алгоритмы консенсуса используют тысячи узлов в системе блокчейн для выполнения астрономически сложного математического уравнения, гарантирующего, что каждый узел соответствует заявленным предварительным условиям.
Таким образом, даже если часть сети будет повреждена или подвергнется манипуляциям, общая безопасность останется неизменной и защитит интересы участников. Если общий процесс работы алгоритмов консенсуса одинаков для всех его разновидностей, то доказательная часть алгоритмов имеет множество вариаций. Каждая методология доказательства имеет свои преимущества и достоинства, и сегодня мы рассмотрим наиболее распространенные типы алгоритмов консенсуса:
Алгоритм Proof-of-Work
Начнем с классического примера алгоритмов консенсуса — Proof-of-Work (PoW). Он был первым в истории алгоритмом консенсуса, и по состоянию на 2023 год остается наиболее распространенной мерой безопасности. Хотя техническая сторона работы PoW в блокчейне достаточно сложна и включает в себя сложные математические знания, логика, лежащая в основе этого алгоритма, достаточно проста.
Когда в сети блокчейн используется алгоритм PoW, каждый участник должен решить определенный объем вычислительных задач. Эти задачи представляются в виде чрезвычайно сложных математических уравнений, которые может решить только компьютер. Тот, кто первым решит эти математические головоломки, получает право предложить следующий узел в разветвленной блокчейн-сети. Отсюда и название — каждый участник должен доказать свою работу, чтобы предложить узел.
Поначалу подход PoW может показаться несправедливым, поскольку некоторые участники могут бросить больше вычислительных мощностей на решение этих проблем блокчейна и имеют более высокую вероятность предложить новый узел. Однако на практике алгоритмы PoW рандомизируют свои результаты и справедливо предоставляют пользователям привилегии по предложению узлов. Таким образом, несмотря на то что все участники по-прежнему должны соревноваться в решении математических головоломок, в сети не будет доминировать одна сторона.
Минусы Алгоритма Консенсуса POW
Хотя подход POW является проверенным методом обеспечения безопасности и верификации транзакций в блокчейне, у него есть определенные недостатки. Прежде всего, метод POW требует больших вычислительных мощностей, заставляя участников тратить значительное количество энергии на этот процесс. В результате метод POW обходится дорого как с финансовой точки зрения, так и с точки зрения нанесения вреда окружающей среде, поскольку ежегодно приводит к огромным выбросам углекислого газа.
Кроме того, алгоритм POW с годами становился все медленнее из-за сложности вычислительных требований. С ростом популярности блокчейн-сетей скорость работы POW значительно снизилась. И наконец, алгоритм POW требует больших стартовых затрат для начинающих майнеров криптовалют, поскольку необходимое оборудование стоит довольно дорого.
С учетом этих недостатков алгоритм POW постепенно утратил свое доминирующее присутствие на рынке блокчейна. Вскоре криптоиндустрия начала находить интересные альтернативы, которые могли бы смягчить некоторые из недостатков POW.
Алгоритм Proof-of-Stake
В отличие от рассмотренного ранее алгоритма консенсуса POW, алгоритм proof-of-stake освобождает участников сети от трудоемких и энергозатратных вычислительных работ. Вместо того чтобы создавать новые узлы сети путем решения сложных математических уравнений, подход POS позволяет участникам сети просто поставить на кон минимальное количество определенной криптовалюты.
Таким образом, сеть блокчейна может функционировать и утверждать транзакции с меньшими затратами энергии и с гораздо меньшими задержками. Подход POS был специально разработан для устранения недостатков алгоритма консенсуса POW, и по большей части ему это удалось. Метод POS является быстрым, недорогим и гораздо более экологичным.
Минусы Алгоритма Консенсуса POS
Однако за эти улучшения приходится платить. Подход POS требует определенного количества криптоактивов для участия. Эти активы будут заморожены до тех пор, пока в системе не будет создан новый узел. В результате участники сети будут иметь ограниченные средства для торговли в течение определенного времени. Хотя минимальная сумма стейкинга зачастую невелика, она все равно замораживает часть криптовалют, ограничивая торговые возможности участников.
Кроме того, метод POS гораздо менее проверен и протестирован с точки зрения безопасности. Несмотря на наличие множества схожих с методом POW средств защиты, POS все же технически является более слабым вариантом, поскольку не использует вычислительную стратегию. Хотя решение сложных математических задач требует больших затрат энергии и дорогостоящего оборудования, этот процесс позволяет защитить всю сеть от злоумышленников. Методу POS еще предстоит доказать, что он является эффективной альтернативой с точки зрения безопасности.
С учетом этих компромиссов альтернатива POS не является улучшением по Парето по сравнению с методом POW. Здесь есть свои плюсы и минусы, и каждая блокчейн-сеть отдает предпочтение одному из них в соответствии со своими уникальными потребностями и требованиями. У алгоритма POS есть две вариации, которые интересным образом развивают его основу. Давайте обсудим:
Делегированный Proof-of-Stake (DPOS)
Первая вариация POS предлагает интересную модификацию этого алгоритма консенсуса. Участники сети могут эффективно выбирать несколько делегатов, которые будут заниматься всем процессом стейкинга. Этот ограниченный круг участников будет прозрачно размещать свои монеты и способствовать развитию новых узлов в сети. Таким образом, вся сеть будет двигаться быстрее, поскольку транзакции будут подтверждаться гораздо быстрее, чем раньше.
Кроме того, голосование в режиме реального времени позволяет пользователям сети мгновенно добавлять или отстранять делегатов. Таким образом, любые злонамеренные действия или манипуляции могут быть отсеяны без задержек. Кроме того, большинству пользователей сети больше не придется замораживать свои криптовалютные средства, чтобы воспользоваться данной блокчейн-сетью.
Номинированный Proof-of-Stake (NPOS)
Метод NPOS, являясь более жесткой версией DPOS, предусматривает ответственность участников сети в случае обнаружения вредоносной активности на блокчейне. В NPOS есть номинаторы, которые эффективно выбирают стороны-валидаторы в сети.
В процессе добавления узлов обе группы должны застейкать определенное количество монет. Если процесс создания узлов прерывается в результате злонамеренных действий, обе стороны теряют все свои доли. Хотя этот подход гораздо менее щадящий, чем DPOS, он значительно повышает фактор безопасности. У номинантов появляется стимул тщательно выбирать стороны-валидаторы, поскольку риск потерять свои активы весьма значителен.
Обе варианты POS обладают уникальными преимуществами и были приняты на вооружение несколькими блокчейн-сетями. Однако им присущи и недостатки основного метода POS. Таким образом, и DPOS, и NPOS по своей сути уступают POW-методу в плане безопасности, что препятствует их более широкому внедрению на рынок.
Новые Алгоритмы Консенсуса
Наряду с этими устоявшимися алгоритмами консенсуса в последние годы появилось несколько новых подходов. Ниже мы приводим наиболее перспективные кандидаты на то, чтобы в ближайшем будущем бросить вызов доминированию алгоритмов POW и POS:
Алгоритм Proof-of-Authority (POA)
Алгоритм POA является разновидностью алгоритма POS и был разработан для того, чтобы стимулировать повышенный уровень проверки в рядах валидаторов в сети блокчейн. При таком подходе каждый валидатор должен представить свою личность, учетные данные и всю необходимую информацию, подтверждающую его благонадежность. Валидатор должен иметь чистый послужной список без какой-либо предыдущей истории.
Хотя такой подход несколько противоречит философии анонимности в блокчейне, он является отличным способом минимизировать возможность мошенничества, воровства или других противоправных действий в сети. Более того, различные сети выбирают такой подход по желанию своих участников. Таким образом, ни одна из сторон не раскрывает свою личность и личную информацию без особого на то желания.
Алгоритм Proof-of-Time (POT)
Следующий вариант POS — это еще один вариант, в котором концепция безопасности сети решается с помощью свежей идеи. С помощью алгоритма консенсуса POT предпочтение отдается тем валидаторам, которые провели в сети наибольшее количество времени. Разумеется, в этом случае награждается только активное и продуктивное время. Такой подход предназначен для поощрения участников сети, которые демонстрируют постоянный и последовательный вклад в механизм консенсуса на данном блокчейне.
Естественно, что эффективность системы POT прямо пропорциональна времени функционирования данной сети блокчейн. Чем больше времени проходит, тем более ценным и точным становится алгоритм POT, поскольку различные участники доказывают свою лояльность и последовательность в течение длительного времени.
Алгоритм Proof-of-History (POH)
И наконец, существует принципиально новый алгоритм POH, созданный компанией Solana. Этот технически сложный метод позволяет протоколам внутри данной блокчейн-сети распознавать уникальный «отпечаток пальца» вновь создаваемых узлов. Этот отпечаток в основном формируется на основе комбинации предыдущих транзакций в блокчейне. Таким образом, отпечаток остается уникально узнаваемым для платформы блокчейн.
Подход POH представляет собой огромную вариацию POS-алгоритма, обеспечивая эффективный и автоматизированный способ подтверждения транзакций без задержек, замораживания монет, поставленных на карту, и раскрытия личности. Однако метод POH сильно зависит от автоматической проверки. Эта сторонняя система является слабым местом всей сети блокчейн, поскольку подвержена ошибкам и человеческим манипуляциям. Таким образом, даже при всех своих преимуществах алгоритм POH имеет ключевой недостаток, связанный с его безопасностью и неизменяемостью.
Заключение
Алгоритмы консенсуса являются важнейшими аспектами любой сети блокчейн. Они обеспечивают безопасность и подтверждают каждую транзакцию, сохраняя децентрализованность, безопасность и анонимность блокчейн-среды. Однако каждый из рассмотренных алгоритмов имеет свои компромиссы и недостатки. Ни одна из этих систем не является безупречным решением без существенных недостатков.
Таким образом, выбор идеального алгоритма консенсуса зависит от предпочтений и непосредственных потребностей пользователей и создателей блокчейна. В то время как такие хорошо зарекомендовавшие себя сети, как Bitcoin, предпочитают максимальную безопасность, используя подход Proof-of-Work, многочисленные блокчейн-сети ценят скорость и низкие комиссии за транзакции, предлагаемые POS. Некоторым создателям сетей нравится демократичность DPOS, а некоторые отдают предпочтение вознаграждению лояльных участников, используя механизм Proof-of-Time.
Список можно продолжать, поскольку объективных ответов здесь нет, и каждая сеть должна сама определить оптимальный для ее целей алгоритм консенсуса. Пока мы еще не получили альтернативного варианта, который объединил бы все рассмотренные преимущества без недостатков, однако алгоритмы консенсуса прошли долгий путь от простой концепции Proof-of-Work. Будет интересно посмотреть, какие инновации появятся в сфере консенсуса и смогут ли они создать идеальный механизм консенсуса для растущего рынка блокчейн.
