​Не все блокчейны рождаются равными: поиск правильного алгоритма консенсуса

Информацию о консенсусных алгоритмах трудно найти, хотя они и составляют основу технологии блокчейн. Эти алгоритмы жизненно важны для обеспечения бесперебойной работы распределенных регистров, и без них блокчейн больше не будет считаться децентрализованным. Давайте рассмотрим некоторые из этих алгоритмов.

Что такое алгоритм консенсуса?

«Алгоритм консенсуса» - это имя, данное процессу в информатике, которое используется для достижения соглашения об одном значении данных среди распределенных систем процессов. Он идеально вписывается в распределенную структуру бухгалтерской книги блокчейна.

Роль алгоритмов консенсуса в блокчейне заключается в повышении уровня надежности сети, построенной на серии узлов. Это означает, что если сделка состоится, то алгоритм начнет проверять сеть на факт совершения этого действия. Тот же процесс применяется и к созданию новых узлов данных на блокчейне или синхронизации сетевых устройств для обеспечения согласованности всего консенсуса.

Алгоритмы консенсуса также должны быть достаточно умны, чтобы предвидеть сбои в коммуникации внутри сети. Автоматически алгоритм будет предполагать, что некоторые процессы и системы будут недоступны и что в результате будет потеряна связь. Чтобы противостоять этому, алгоритм консенсуса должен быть отказоустойчивым и работать в направлении достижения предопределенного консенсуса или одобрения от большинства устройств в сети.

Важность консенсуса

Алгоритмы консенсуса жизненно важны для обеспечения того, чтобы блокчейны оставались полностью децентрализованными. Из-за децентрализованного характера блокчейна никогда не будет централизованного органа для проверки и обновления книги с транзакциями и свежими данными. В результате заинтересованные стороны в сети должны принять решение о том, какие транзакции должны быть добавлены в блокчейн на одноранговой основе.

Такой процесс достижения консенсуса в широко распределенной бухгалтерской книге был бы невозможен, если бы не умный алгоритм, способный автоматически связываться и проверять новые транзакции со всеми соответствующими устройствами в сети.

Без наличия подходящего алгоритма консенсуса децентрализованные системы должны были бы уступить место централизованной власти, которая держит и обрабатывает данные в одном месте, делая информацию, которую она хранит, уязвимой для цифровых атак или подделки кем-то, кому удается получить доступ к ней.

Современный подход

Не все блокчейны рождаются равными и сильно различаются в зависимости от типа алгоритма консенсуса, который они используют.

Алгоритм доказательства работы (PoW): используется биткоином, Ethereum и Litecoin. PoW был первым консенсусным алгоритмом, который был принят и широко используется сегодня.

PoW имеет простую конструкцию и высокую устойчивость к кибератакам. Этот подход полностью опирается на вычислительные способности каждого члена сети для решения проблем и достижения консенсуса при определении транзакции.

Тот факт, что он требует ввода своей сети, делает PoW очень трудным для взлома (любая успешная атака потребует по крайней мере 51% скорости хэша всей сети, для начала), но это также делает алгоритм консенсуса чрезвычайно расточительным по мощности. По некоторым данным биткоин использует 29 теравольт (TWh) энергии в год, что эквивалентно примерно тому же количеству электроэнергии, ежегодно потребляемой всей страной Марокко.

В результате многие эксперты отрасли считают, что, хотя PoW является надежным, он уже немного устарел. Ethereum уже заявляет, что изучает альтернативные меры по поддержанию своих децентрализованных значений, особенно если учесть, что вся криптоиндустрия может сэкономить около $36 миллиардов в год с помощью децентрализованной системы, согласно анализу FOTON.

Алгоритм доказательства ставки (PoS): этот алгоритм является гораздо более энергоэффективным и гораздо более децентрализованным воплощением алгоритма консенсуса.

Переход криптогиганта Ethereum от PoW к PoS указывает на потенциал, который имеет этот альтернативный подход.

Там, где PoW требует участия сети для совместной работы создания узлов, PoS работает на вероятности. На сайте Blockchain Council PoS описывается таким образом:

«Доказательство ставки опирается на вероятностную модель для выбора валидаторов, где вероятность того, что валидатор получит блок для решения, прямо пропорциональна количеству Ether, который они поставили для защиты сети. Ether, который поставили в качестве ставки, удерживается в качестве залога, который может быть отобран, если какое-либо правонарушение будет замечено со стороны валидатора. Основная математическая головоломка похожа на ту, которая используется в доказательстве работы. Однако сложность задачи значительно снижается».

Задача византийских генералов (BFT): названа так в честь старой математической головоломки «проблема византийских генералов». Этот подход к консенсусному алгоритму во многом основан на массовой координации. В головоломке ряд византийских генералов окружили город своими армиями, они должны договориться о времени атаки или отступления. Если генералы не придут к согласию, операция может закончиться неблагоприятным исходом.

Создатели алгоритма консенсуса увидели связь между проблемой византийских генералов и проблемой нахождения консенсуса в распределенной бухгалтерской книге. В некоторых приложениях, где требуется цепная сплоченность, например, в платформах управления цифровыми активами, акт создания быстрой коммуникационной строки между сетями образует краеугольный камень используемого блокчейна.

Преимущество подхода BFT заключается в том, что это недорогое масштабируемое решение. Тем не менее это все еще несколько непопулярный подход, который еще не завоевал того доверия, которое имеют остальные алгоритмы.

Возможности для улучшения

Перечисленные алгоритмы консенсуса являются лидерами рынка на данный момент, но есть много возможностей для организаций, которые хотят улучшить уже существующие модели.

Например, стартап по блокчейн-безопасности REMME создал алгоритм консенсуса «доказательства обслуживания», который направлен на устранение недостатков своих предшественников. Именно благодаря использованию мастернодов алгоритм обеспечивает согласованность и отказоустойчивость. Мастерноды отвечают за облегчение регистрации и отзыва открытых ключей на блокчейне и надзор за преобразованием транзакций в дополнительных блоках в цепочке.

Используя мастерноды, алгоритм консенсуса доказательства обслуживания обеспечивает жесткий уровень безопасности, одновременно снимая энергетическую нагрузку на остальную часть сети, предоставляя заслуживающий доверия и несколько более экологически чистый подход к блокчейну, чем предыдущие алгоритмы.

В то время как доказательство работы остается краеугольным камнем, удерживающим многие из самых популярных криптовалют на основе блокчейна сегодня, беспокойство Ethereum в его несовременности сигнализирует о чем-то вроде золотой лихорадки среди компаний в поиске правильного алгоритма консенсуса для продвижения отрасли вперед.

Подобно Византийским генералам, мы можем только ждать, пока один алгоритм возьмет ситуацию под свой контроль и станет основой для других.