Що таке консенсуси в блокчейні та навіщо вони потрібні?

В основі будь-якого розподіленого реєстру лежить алгоритм консенсусу. Він підтримує працездатність мережі та робить її децентралізованою (тою, яка не має єдиного органу управління).

Що це таке?

Часто, поняття «алгоритм» та «протокол» використовують як синоніми, проте важно розуміти що між ними є різниця.

Протокол – це правила роботи блокчейну, за якими взаємодіють ноди мережі, передаються дані про транзакції та підтверджується створення блоку. Наприклад, Bitcoin – це протокол, який працює на алгоритмі Proof of Work.

Консенсус у блокчейні – це згода більшості учасників мережі щодо розподілення даних, яке приводить до підтвердження транзакції.

Алгоритм консенсусу – це механізм, у якому закладені правила роботи мережі та умови, за яких може бути досягнута загальна згода.

Якщо в централізованій фінансовій сфері всі рішення приймає єдиний орган управління, то у децентралізованій системі всі повноваження належать валідаторам (учасникам мережі). Тобто, перевірка усієї інформації у блокчейні та проведення транзакцій здійснюється усіма учасниками мережі, які мають рівні повноваження. Таким чином досягається саморегуляція та децентралізація мережі.

Кожен блокчейн має свій алгоритм консенсусу. Наприклад, мережа Ethereum працює на системі PoW, а Tezos – на PoS. Розглянемо ці та інші популярні алгоритми детальніше.

Види консенсусів

PoW

Proof of Work – один з перших та найвідоміших алгоритмів. Для створення нового блоку у мережі, майнеру потрібно математичним способом вирахувати хеш блоку. Всю роботу виконують спеціальні потужні пристрої, які перебирають тисячі варіантів у секунду. Винагороду та право створити новий блок отримує той, кому вдалося першим знайти необхідне значення.

Цей алгоритм є надійним та простим, проте доволі неекологічним та енерговитратним: для швидкого пошуку нового хешу, майнерам необхідно використовувати потужне обладнання, яке споживає величезну кількість електроенергії.

Блокчейни та монети PoW: Bitcoin, Ethereum, Litecoin, Dash, Monero, Dogecoin.

PoS

Proof of Stake – екологічна альтернатива PoW. Право на створення нового блоку має валідатор з найбільшою кількістю токенів на рахунку. Тобто, чим більше у майнера коштів, тим вища ймовірність того, що мережа дозволить йому створити новий блок. В мережі з алгоритмом PoS немає конкуренції між учасниками т великої кількості складних обчислень, а швидкість транзакцій при цьому значно вища.

Блокчейни та монети PoS: Tezos, Cardano, Polkadot, Ethereum (перехід на PoS планується на середину 2022 року).

DPoS

Delegated Proof of Stake – аналог вищезгаданого PoS. Його сутність полягає в тому, що учасники з більшою кількістю коштів мають право обирати невелику групу валідаторів, які будуть створювати нові блоки.

Генерація блоків в DPoS відбувається кожної секунди, а обраний учасниками валідатор може ділитися своїми токенами з тими, хто делегував його на цю посаду.

Блокчейни та монети DPoS: BitShares та EOS.

PoA

Proof-of-Activity – альтернативний варіант консенсусу, який поєднує у собі PoS та PoW алгоритми. Процес добування нового блоку розпочинається за принципом PoW: майнери намагаються вирахувати правильний хеш за допомогою спеціального обладнання. Коли блок створений, майнер відправляє дані у мережу, а система перемикається на алгоритм PoS. Новий блок може бути записаний у ланцюг тільки після того, як його підпише певна кількість PoS майнерів. Готовий блок містить адрес винагороди майнера та заголовок. Винагорода за створений блок розподіляється між PoS та PoW майнерами.

PoA здатен проводити набагато більше транзакцій за секунду, аніж PoW та PoS. Крім того, алгоритм менш схильний до кібератак та споживає меншу кількість електроенергії.

Монети та блокчейни PoA: Decred, VeChain.

PoL

Proof-of-Location передбачає можливість відстежувати місцеперебування цифрових активів. За учасниками мережі закріплюються BFT маячки, за якими можна визначити, де знаходиться синхронізована нода з криптовалютою. Така система дозволяє запобігти шахрайству та збоям в роботі мережі.

Блокчейни та монети: Platin, FOAM.

POI

Proof-of-Importance – аналог алгоритму PoS, де право добути новий блок передається активному користувачу, у якого не тільки більше коштів на рахунку, але й годин, проведених у мережі. Тобто, чим частіше майнер проводить транзакції та чим більше в нього активів, тим вища його вагомість в алгоритмі.

Блокчейни та монети: NEM.

PoC

Proof of Capacity – екологічний аналог PoW, алгоритм якого надає право на створення блоку майнеру, у якого більше вільного місця на жорсткому диску.

Блокчейни та монети: Chia, SpaceMint.

PoET

Proof of Elapsed Time – алгоритм, який на початку 2016 року створила компанія Intel. Аби добути новий блок, майнеру необхідно згенерувати певний проміжок часу, а після піти в «‎сплячий режим» до вказаного часу. Той, хто перший вичекає призначений час, отримає право на створення нового блоку. Консенсус має централізований сервер та працює за системою SGX. Розробники стверджують, що час для створення блоків призначається випадковим чином.

PoB

Proof of Burn – система, яка дозволяє спалювати токени для майнінгу. Тобто, аби створити новий блок та отримати за це винагороду, учасникам мережі необхідно спалити певну кількість криптовалюти. Чим більше монет пожертвує майнер, тим вища ймовірність, що мережа надасть йому можливість створити наступний блок.

Блокчейни та монети: Slimcoin, Counterparty.

BFT

Byzantine Fault Tolerance або «Система візантійських генералів»‎ – це особливий вид протоколів, для роботи яких необхідна згода ⅔ учасників мережі. Мета даної системи – захистити мережу від учасників, які мають негативні наміри.

Резюме

Алгоритми консенсусу є важливою частиною будь-якого блокчейну та мають на меті підтримувати децентралізацію. Вони захищають блокчейн від кібератак та забезпечують надійну роботу мережі, а також безпечне проведення транзакцій.