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.
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.
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:
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
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)
