Что такое алгоритмы консенсуса блокчейна?

Что такое алгоритмы консенсуса блокчейна?
Блокчейн Майнинг Новичкам
11.08.2021 от Crypto Expert
486
Алгоритмы консенсуса криптовалют

Приблизительное время чтения: 6 минут

Алгоритм консенсуса – это механизм блокчейна, который позволяет проверять и подписывать (валидировать) транзакции в распределенной сети. Протокол консенсуса блокчейна необходим для нормальной работы потому, что сеть является децентрализованной. Децентрализация – отсутствие единого центра, распределение узлов в сети.

Напомним, что при переводах криптовалют, транзакции пакуются в блоки и после валидации добавляются в цепочку блоков. Достижение консенсуса, то есть подтверждение транзакций на валидность, позволяет блокчейну оставаться самой защищенной от атак системой.

Принцип работы блокчейнов, условно говоря, один. Но механизмы и организация работы, роли и технологии используются разные. Чтобы лучше понять, что значит алгоритмы консенсуса, рекомендуем посмотреть 2х минутное видео о самом блокчейне. Именно про процесс подписи другими участниками мы и поговорим в статье.

Разница между протоколом и Алгоритмом консенсуса

Эти термины часто путают и отождествляют, но это не одно и тоже. Протокол – это набор правил, по которым Блокчейн существует. Алгоритм консенсуса это механизм, благодаря которому эти правила будут выполняться.

Простой пример: Bitcoin и Ethereum являются протоколами. Они сами по себе определяют правила существования сети. А алгоритмами консенсуса являются Proof of Work или Proof of Stake. На примере Эфира мы можем увидеть, что протокол остается всегда неизменным, а алгоритм консенсуса можно менять, хоть это и очень сложный и долгий процесс.

Схема валидации транзакций через алгоритм консенсуса

Задача византийских генералов

Это задача из криптографии, когда нескольким удаленным друг от друга участникам дается приказ из единого центра. В зависимости от того, какой приказ они получат и кто из этих генералов (участников) послушается приказа, а кто нет – будут разные исходы событий:

  • Если все генералы атакуют — Византия уничтожит противника (благоприятный исход).
  • Если все генералы отступят — Византия сохранит свою армию (промежуточный исход).
  • Если некоторые генералы атакуют, а некоторые отступят — противник со временем по частям уничтожит всю армию Византии (неблагоприятный исход).

Алгоритм консенсуса блокчейна как раз должен решать эту проблему. Либо все атакуют, либо отступают. В противном случае при отправке криптовалюты нет гарантий, что кто-то не изменит сумму. Все участники сети должны соблюдать протокол и приходить к общему консенсусу. На основе этой задачи родилось целое семейство алгоритмов консенсуса BFT. Многие криптовалюты вроде Ripple (XRP) и Solana (SOL) используют собственные алгоритмы валидации. А большинство стейблокинов наоборот, используют для работы чужие алгоритмы и блокчейны.

Задача византийских генералов и проблемы консенсуса

PoW – Proof of Work

Этот алгоритм консенсуса все привыкли называть майнингом. Он работает по принципу доказательства работы, то есть транзакции валидируются майнерами с помощью хеш-вычислений. Главный минус – растущая сложность добычи и постоянно растущие вычислительные мощности. Масштабирование блокчейна возможно только при развитии технологий.

Оборудования для майнинга проводит валидацию блока с транзакциями, после чего блок попадает в блокчейн, а майнеры получают награду. Это один из самых известных алгоритмов консенсуса цифровых валют.

Криптовалюты:

Схема работы алгоритма консенсуса Proof of Work

PoS – Proof of Stake

Второй по популярности алгоритм консенсуса. Работает по принципу доказательства доли, то есть валидировать транзакции могут только те участники сети, которые имеют определенное количество монет. Валидаторов в PoS также называют форжерами или минтерами, что переводится как “ковка” и “чеканка монет” соответственно. Схема один в один как в банке: вы кладете свои деньги на счет на определенное время и они замораживаются. Вы получаете свою прибыль в процентах.

Популярность этого алгоритма обусловлена многолетним переходом Эфириума с PoW на PoS. После перехода эфир будут называть Ethereum 2.0. Добыча ETH на алгоритме консенсуса PoS называется стейкинг, он уже запущен на бирже Binance. Этот переход необходим для безопасности, масштабирования и обслуживания токенов.

Технически валидаторы являются серверами, обрабатывающими данные. Номинаторы предлагают блок, валидаторы его утверждают.

Криптовалюты:

  • Peercoin
  • NXT
  • Blackcoin

PoST – Proof of Stake Time

Алгоритм является ответвлением PoS, только вместо количества монет учитывается время их заморозки, то есть удерживания на пуле для стейкинга. Нашёл применение в Chia coin.

DPOS – Delegated Proof Of Stake

Делегированное владение доли ещё одна разновидность Proof of Stake, но принципиально отличается. Участники сети (ноды) выбирают через голосование узлы, которые будет валидировать блоки. Чем больше коинов в одной ноде, тем больший вес имеет ее голос. Допустим, из 100 узлов каждый раз рандомно будут выбираться 21 стейкхолдер.

Образец цифровой демократии, который работает в разы быстрее других алгоритмов консенсуса. Благодаря чему пропускная способность блокчейна увеличивается в разы.

Первый коин на этом алгоритме был BitShares, а самый популярный – проект EOS.

Криптовалюты:

  • TRON
  • Cardano
  • Tezos
  • Lisk
Алгоритм консенсуса Delegated Proof of Stake

POA – Proof of Activity

Этот алгоритм достаточно централизованный. Доказательство деятельности работает по принципу валидации специальными учетками, или “администраторами”. Технически это смесь алгоритмов PoW и PoS.

Так как одна из главных ценностей криптовалют это децентрализованность, этот алгоритм редко используется в открытых сетях. Его можно встретить в сетях частных компаний. Имеет высокую пропускную способность.

Криптовалюты

  • Decred
  • Espers

Pol – Proof of Importance

Алгоритм доказательства важности работает по аналогии с PoS, только помимо количества учитывается некий рейтинг и история ноды-валидатора. Рейтинг складывается из множества факторов и определяется специальным сервисом. Чтобы стать валидатором, необходимо иметь 10.000 монет NEM. Так как этот механизм консенсуса в блокчейне разработан и реализован в криптовалюте NEM (тикер XEM). Этот алгоритм более устойчив в атаке 51%.

PoC – Proof of Capacity

Доказательство участия происходит с помощью различных значений, отличных от вычислительной мощности. Например, Filecoin чаще вознаграждает участников, хранящих больше данных. Chia coin использует аналогичный консенсус, который известен как майнинг на жестких дисках.

Криптовалюты:

  • Filecoin
  • Chai coin
  • Algorand
  • Digital Ocean
  • Burstcoin

Заключение

Не обязательно знать все алгоритмы наизусть и помнить их токен и монеты. Понимание принципа работы алгоритмов консенсуса это основа основ технологии блокчейн, которой достаточно для работы с сотнями коинов и протоколов. Многие проекты изобретают собственные алгоритмы, поэтому в будущем их будет значительно больше.

Полный список алгоритмов консенсуса:

  • Proof of Work (PoW)
  • Proof of Stake (PoS)
  • Delegated Proof of Stake (DPoS)
  • Byzantine Fault Tolerance Proof of Stake (BFT PoS)
  • Delegated Byzantine Fault Tolerance Proof of Stake (DBFT PoS)
  • Loop Fault Tolerance (LFT)
  • Proof of Authority (PoA)
  • Proof of Service (PoS)
  • Proof of Retrievability (PoR)
  • Proof of Believability (PoB)
  • Proof of Activity (PoA)
  • Limited Confidence Proof of Activity (LCPoA)
  • Proof of Research (PoR)
  • Proof of Burn (PoB)
  • Proof of Importance (PoI)
  • Proof of Stake-Velocity (PoSV)
  • Federated Byzantine Agreement (FBA)
  • Proof of Elapsed Time (FBA)
  • Proof of Brain (PoB)
  • Leased Proof of Stake (LPoS)
  • Simplified Byzantine Fault Tolerance (SBFT)
  • Proof of Capacity (PoC)
  • Proof of Weight (PoWeight)
  • Proof of Care (PoC)
  • Proof of Formulation (PoF)
  • Proof of Stake Time (PoST)
  • Proof of Transfer (PoX)
Основные виды алгоритмов консенсуса в различных блокчейнах

Add a comment