Что такое консенсусы в блокчейне и для чего они нужны?

В основе любого распределенного реестра лежит алгоритм консенсуса. Он поддерживает работоспособность сети и делает её децентрализованной (не имеющей единого органа управления).

Что это такое?

Зачастую, понятия «алгоритм» и «протокол» используют как синонимы, но важно понимать что это – не одно и то же.

Протокол – это правила работы блокчейна, по которым взаимодействуют ноды сети, передаются данные о транзакциях и подтверждается создание блока. Например, Bitcoin – это протокол, который работает на алгоритме Proof of Work.

Консенсус в блокчейне – это соглашение большинства участников сети касательно распределения данных, которое приводит к подтверждению транзакции.

Алгоритм консенсуса – это своего рода механизм, где заложены правила работы сети и условия, при которых может быть достигнуто общее соглашение.

Если в централизованной финансовой сфере все решения принимает единый управляющий орган, то в децентрализованной системе все полномочия принадлежат валидаторам (участникам сети). То есть, проверка всей информации в блокчейне и проведение транзакций осуществляются всеми участниками сети, которые имеют равные полномочия. Таким образом достигается саморегуляция и децентрализация сети.

Каждый блокчейн имеет свой алгоритм консенсуса. Например, сеть Ethereum работает на системе PoW, а Tezos – на PoS. Рассмотрим эти и другие популярные алгоритмы подробнее.

Виды консенсусов

PoW

Proof of Work – один из первых и самых известных алгоритмов. Для создания нового блока в сети, майнеру требуется математическим способом вычислить хеш блока. Вся работа выполняется специальными мощными устройствами, которые перебирают тысячи вариантов в секунду. Вознаграждение и право создать новый блок получает тот, кому удалось раньше всех найти необходимое значение.

Данный алгоритм простой и надежный, но довольно не экологичный и энергозатратный: для быстрого вычисления нового хеша, майнерам необходимо использовать мощное оборудование, которое потребляет огромное количество электроэнергии.

Блокчейны и монеты PoW: Bitcoin, Ethereum, Litecoin, Dash, Monero, Dogecoin.

PoS

Proof of Stake – экологичная альтернатива PoW. Право на создание нового блока отдается валидатору с большей долей. То есть, чем больше у майнера средств на счету, тем выше вероятность того, что сеть разрешит ему создать новый блок. В сети с алгоритмом PoS участникам не нужно конкурировать и совершать огромное количество сложных вычислений, а скорость транзакций значительно выше.

Блокчейны и монеты PoS: Tezos, Cardano, Polkadot, Ethereum (переход на PoS планируется на середину 2022 года).

DPoS

Delegated Proof of Stake – аналог вышеупомянутого PoS. Его суть заключается в том, что участники с бОльшей долей имеют право выбирать небольшую группу валидаторов, которые будут создавать новые блоки.

Генерация блоков в DPoS происходит буквально каждую секунду, а выбранный участниками валидатор может делиться своими токенами с теми, кто делегировал его на эту должность.

Блокчейны и монеты DPoS: BitShares и EOS.

PoA

Proof-of-Activity – альтернативный вариант консенсуса, который совмещает в себе PoW и PoS алгоритмы. Процесс добычи нового блока начинается по принципу PoW: майнеры пытаются вычислить правильный хеш при помощи специального оборудования. Когда блок добыт, майнер отправляет данные в сеть, а система переключается на алгоритм PoS. Новый блок записывается в цепочку только после его подписи определенным количеством PoS майнеров и содержит адрес вознаграждения майнера и заголовок. Вознаграждение за созданный блок распределяется между PoW и PoS майнерами.

PoA способен проводить в разы больше транзакций за секунду, чем PoW и PoS. Кроме того, алгоритм меньше подвержен кибератакам и потребляет меньшее количество электроэнергии.

Монеты и блокчейны PoA: Decred, VeChain.

PoL

Proof-of-Location предполагает возможность отслеживать местоположение цифровых активов. За участниками сети закрепляются BFT маячки, по которым и можно определить, где находится синхронизованная нода с криптовалютой. Такая система позволяет предотвратить мошенничество и сбои в работе сети.

Блокчейны и монеты: Platin, FOAM.

POI

Proof-of-Importance – аналог алгоритма PoS, где право добыть новый блок отдается активному пользователю, у которого не только больше средств на счету, но и часов, проведенных в сети. То есть, чем чаще майнер проводит транзакции и чем больше его доля, тем выше его значимость в алгоритме.

Блокчейны и монеты: NEM.

PoC

Proof of Capacity – экологичный аналог PoW, алгоритм которого предоставляет право на добычу блока тому майнеру, у которого больше доступного пространства на жестком диске.

Блокчейны и монеты: Chia, SpaceMint.

PoET

Proof of Elapsed Time – алгоритм, который в начале 2016 года создала компания Intel. Для того чтобы добыть новый блок, майнеру необходимо сгенерировать определенный промежуток времени, а после уйти в «‎спящий режим» до указанного срока. Тот, кто первым выждет назначенное время, получит право на создание блока. Консенсус имеет централизованный сервер и работает в системе SGX и предполагает выбор времени для создания блоков случайным образом.

PoB

Proof of Burn – система, которая позволяет сжигать токены для майнинга. То есть, чтобы создать новый блок и получить за это вознаграждение, участникам сети необходимо сжечь определенное количество криптовалюты. Чем больше монет пожертвует майнер, тем выше вероятность того, что сеть предоставит ему возможность создать следующий блок.

Блокчейны и монеты: Slimcoin, Counterparty.

BFT

Byzantine Fault Tolerance или «Система византийских генералов»‎ – это особый вид протоколов, для работы которых необходимо согласие ⅔ участников сети. Цель данной системы – защитить сеть от участников, которые имеют негативные намерения.

Резюме

Алгоритмы консенсуса – важная часть любого блокчейна и имеют одну цель – поддерживать децентрализацию. Они защищают блокчейн от кибератак и обеспечивают надежную работу сети и безопасное проведение транзакций.