Блокчейн 101: Введение в согласованные протоколы

Источник · Перевод автора

Никколо Макиавелли однажды сказал: «О человечестве мы можем сказать в целом, что оно непостоянно, лицемерно и жадно до выгоды». Эта цитата, говорящая о недоверчивости, необходимой для навигации по миру, наполненному ненадежными людьми, может считаться истиной в равной степени как в его собственное время, так и в наше.

В мире «фальшивки» важно понимать непостоянную природу доверия и находить некоторую меру консенсуса между собой в отношении того, что мы считаем «истиной». Хотя эта проблема, с которой человечество сталкивалось на протяжении веков, может быть не полностью решаемой в наше время, мы стали на удивление ближе, чем наши предки, благодаря инновациям, созданным с помощью блокчейн-технологии. В мире блокчейна существует 5 «основных» (широко известных и используемых) согласованных протоколов;

  1. Доказательство работы (PoW, Proof of Work)
  2. Доказательство кола (PoS, Proof of Stake)
  3. Доказательство важности (PoI, Proof of Important)
  4. Доказательство прошедшего времени (PoET, Proof of Elapsed Time)
  5. Делегированное подтверждение ставки (DpoS, Delegated Proof of State)

Хотя существует гораздо больше предложенных и теоретических алгоритмов консенсуса, которые поддерживаются с момента первоначальной блокчейн-концепции, они в основном выходят за рамки этой статьи.

Наиболее широко используемый и известный алгоритм консенсуса во всей блокчейн-экосистеме — это алгоритм Proof of Work.

Этот алгоритм, который используется почти всеми крупными монетами, такими как Биткойн и Эфириум (в определенной степени), работает путем подтверждения цепных транзакций и создания новых блоков через специальные узлы, называемые майнерами. Представьте на мгновение, что число 64 написано на доске в классе.

В классе сидят многие ученики, каждый из которых имеет 10 отдельных кубиков в руках, катаясь за идеальные 64. В то время как каждый отдельный бросок требует небольших усилий, для того, чтобы один человек наконец бросил идеальный «64», потребовалось бы много последовательных бросков, независимо от того, сколько комбинаций сторон может составить до 64.

Теперь представьте, что каждый человек, участвующий в соревновании, пытается найти новые комбинации чисел, которые составляют до 64 для определенного приза, и что каждый раз, когда участник бросает определенную комбинацию, которая действительно составляет 64, ни один другой участник не может представить эту комбинацию для приз снова и снова заставляет каждого конкурента делать все больше и больше попыток, прежде чем, наконец, получить призовой бросок.

Эта форма «работа в награду после первого поста» в основном работает как PoW, за исключением того, что вместо попытки бросить кости для уникальной комбинации, добавляющей до 64, они используют компьютеры для выполнения сложных математических функций, называемых хэш-функциями в надежды найти новые, очень специально отформатированные хэши.

Чтобы согласовать концепцию Proof of Work консенсуса, необходимо выделить три основных компонента: транзакция, блоки и майнеры — с майнерами, подключенными к дополнительным компонентам. Хотя алгоритм Proof of Work кажется (и в целом является) очень простым и полезным, существует ряд факторов, таких как его общая стоимость, энергопотребление и безопасность (в отношении некоторых атак, таких как атака на 51%), — что преуменьшает его общую функциональность.

Возьмите пример майнинга биткойнов; Биткойн, первая криптовалюта, которая была изобретена, использует алгоритм консенсуса PoW для облегчения непрерывного потока транзакций и создания новых блоков каждые 10 минут. Каждый блок, созданный первым майнером для успешного решения описанной выше математической функции, требует создания множества чрезвычайно мощных и высокоспециализированных компьютеров.

После решения проблемы успешный майнер (или группа майнеров) получат в общей сложности 12,5 биткойнов (на сумму 18 962,50 долларов США по состоянию на 18.11.2008). Очевидно, что эта высокая награда в долларах привлекает множество высококонкурентных майнеров, работающих (и потребляющих большое количество электроэнергии) 24 часа в сутки, каждый день. Таким образом, количество электроэнергии, потребляемой биткойн-сетью, эквивалентно количеству всей страны Сингапура.

В дополнение к огромному количеству энергии, которое требуется алгоритму консенсуса Proof of Work, со временем стало ясно, что крупные консорциумы, созданные в результате конгломерата множества быстрорастущих и мощных майнеров, переместились в специализированные местоположения — например, пустыни для использования солнечной энергии или тундры для естественного охлаждения своих машин.

В результате своего роста и креативных решений по поиску энергии эти группы быстро подтолкнули «любителя-любителя» к почти исчезновению, эффективно централизовав возможности майнинга преднамеренно децентрализованного протокола. Эта форма «атаки» на сеть, известная как атака на 51%, становится серьезной проблемой по мере увеличения вычислительной мощности и удешевления.

Хотя Proof of Work остается неотъемлемой частью экосистемы Биткойн, многие другие криптовалюты, такие как Ethereum, пытаются отойти от этого согласованного протокола и перейти к протоколу Proof of Stake. В криптовалютах на основе Proof of Stake создатель каждого последовательного блока выбирается одним из двух способов:

а. Через случайный выбор блока

б. Через выбор на основе монет

Рандомизированный выбор блока использует формулу, которая объединяет наименьшее значение хеш-функции в цепочке (во многом аналогично результирующим хэшам математических функций алгоритма Proof of Work) с долей (сумма, вложенная в черный цвет) блока.

Поскольку ставки являются общедоступными, каждый узел может предсказать, какая учетная запись получит право на создание нового блока. Этот тип выбора, который позволяет нескольким участникам создавать блоки, не исключает участия отдельных лиц в транзакциях независимо от суммы средств, которые они инвестировали в один или несколько блоков.

Таким образом, рандомизированный выбор блока, реализованный с помощью алгоритма Proof of Stake, делает каждого участника / конкурента более равным.

Поскольку в алгоритме Proof of Stake не требуется сложной вычислительной работы, майнеры не участвуют в транзакциях Proof of Stake. Вместо этого специализированные узлы, называемые валидаторами, используются для проверки транзакций и включения их в цепочку с помощью специализированного процесса. Валидаторы, которые выбираются на основе их общего богатства в соответствующем активе, для которого они проверяются, получают комиссию за транзакцию в качестве оплаты за проверку транзакций, и, как правило, тот, кто владеет наибольшим количеством в этом активе, проверяет наибольшее количество транзакций и, в свою очередь, , заработайте наибольшую сумму комиссионных за транзакции.

Третий протокол, который мы рассмотрим в этой статье, — это алгоритм консенсуса Proof of Important (PoI), который может быть описан как протокол экономического построения, основанный на сбалансированности большого счета и надежности. Этот протокол, который был изначально спроектирован и разработан NEM, базирующейся на блокчейне организацией, которая выпускает и использует токен криптовалюты XEM, присуждает оценку, основанную на достоверности каждого валидатора / участника в сети.

Чтобы получить более высокий и постоянно обновляемый балл, каждый участник должен не только иметь большой остаток на счете, но и сохранять все активы, полученные в результате транзакции, в виде криптовалюты, которой они способствуют, а также поддерживать не менее 10% их общий баланс вложен в указанную криптовалюту.

Эти условия, которые вынуждают пользователя давать оценку его / ее надежности, пытаются поддерживать долгосрочный взгляд на общую ценность криптовалюты среди его участников.

Как и в случае с инвестированием на фондовом рынке, когда чем больше акций у компании, тем больше вес и сила у человека в организации, чем больше человек инвестируется в криптовалюту, основанную на доказательстве важности, тем выше его общая надежность оценка становится.

Кроме того, хотя крупные заинтересованные стороны имеют большое влияние, даже те, у кого есть одна акция компании, могут извлечь выгоду из общего роста организации или, в этом случае, сети.

С одной стороны, алгоритм «Подтверждение важности» полезен, так как побуждает к участию больше людей и открывает возможность общего распределения богатства, поскольку любой участник может заработать больше XEM.

С другой стороны, однако, более крупные участники всегда будут иметь больше возможностей для получения более высоких показателей надежности и, в свою очередь, большей прибыли. Это вознаграждение, которое осуществляется с помощью процесса, известного как сбор данных, происходит посредством распределенного вычисления новых блоков каждым групповым узлом в сети.

Для участия в этом расчете (и для того, чтобы стать «групповым» узлом), необходимо иметь индивидуальный или активный баланс не менее 10 000 соответствующей криптовалюты.

В продолжение наших описаний согласованных алгоритмов, перечисленных в начале этой статьи, теперь мы переходим к протоколу Proof of Elapsed Time (PoET). Доказательство прошедшего времени, которое было разработано как «модель справедливого консенсуса», сфокусировано на эффективности и вращается вокруг концепции распределенных выборов лидеров среди максимально возможного количества участников сети.

Более того, затраты на управление процессом (или ведение цепочки) всегда пропорциональны стоимости, получаемой от него. Таким образом, чтобы контролировать (или вести) цепочку, нужно вкладывать большие суммы времени и денег. Наконец, всем участникам цепочки необходимо удостовериться, что лидер выбран законным образом.

PoET разработан для достижения этих целей за счет использования новых безопасных инструкций ЦП, которые быстро становятся широко доступными в потребительских процессорах.

Благодаря использованию этих новых функций монеты на основе PoET обеспечивают безопасность и случайность процесса выбора лидера, не требуя количества электроэнергии или вычислительных мощностей, которые требуются для такого процесса, как Proof of Work.

Кроме того, в криптовалюте на основе PoET каждый валидатор запрашивает время ожидания у анклава, и в качестве лидера выбирается валидатор с самым коротким временем ожидания для блока транзакции. Этот метод произвольно распределяет выборы лидеров по всему пулу валидаторов с распределением, аналогичным распределению других алгоритмов лотереи.

Таким образом, вероятность избрания пропорциональна внесенным ресурсам. Однако низкая стоимость участия увеличивает вероятность того, что пул валидаторов будет больше, чем у согласованных протоколов PoW или PoS. Таким образом, делая основанные на PoET криптовалюты более открытыми и доступными для широкой публики.

Хотя алгоритм консенсуса «Доказательство истекшего времени» не так широко реализован и не известен как такие алгоритмы, как PoW или PoS, он может иметь огромный потенциал из-за более широкой способности большего количества людей выступать в качестве валидаторов.

Наконец, также важно отметить, что алгоритм PoET работает на процессорах, а не на графических процессорах или ASIC, что позволяет вернуть «старые добрые времена» вычислений, в которых могли участвовать многие, а не только те, у кого мощные, дорогие, аппаратное обеспечение.

Пятый и последний протокол консенсуса, который будет охватывать эта статья, — это алгоритм делегированного подтверждения ставки (DPoS). Этот протокол, который считается самым демократичным и «справедливым» среди всех ранее упомянутых, можно обобщить как среду, в которой сотрудники (узлы) могут уволить своего начальника (руководителя), а не наоборот.

С помощью алгоритма делегированного подтверждения кола сила разрешения заинтересованных сторон используется для решения вопросов консенсуса. Кроме того, заинтересованные стороны (избранные делегаты) также определяют интервалы между блоками, сборы и ограничения по размеру транзакции.

В системе DPoS заинтересованные стороны могут выбирать любое количество «свидетелей» для создания блоков.

Каждой учетной записи предоставляется один голос на акцию на каждого свидетеля — процесс, известный как голосование по утверждению. Когда заинтересованные стороны выражают желаемое количество свидетелей, они также должны голосовать, по крайней мере, за такое количество свидетелей из общего пула. Каждый раз, когда свидетель производит блокировку, ему платят гонорар, за который также голосуют демократическим путем. Группа свидетелей обновляется путем подсчета голосов один раз в день, что позволяет новым свидетелям получать вознаграждения так же, как и старшие.

Хотя DPoS еще не получил широкого распространения, он быстро набирает обороты, поскольку все больше проектов начинают реализовывать свой общий потенциал.

По мере того как блокчейн-экосистема продолжает развиваться со временем и становится все более актуальной как в частном, так и в государственном секторах нашей экономики и, в целом, в мире, новые протоколы будут продолжать выпускаться и превосходить те, которые мы умножаем сегодня.

Хотя в настоящее время Proof of Work и Proof of Stake преобладают в умах и реализациях тех, кто находится в мире блокчейна, изменения происходят быстро и сильно, и многие алгоритмы — возможно (и вероятно) некоторые из упомянутых в этой статье — могут быстро обогнать их.

Хотя это, безусловно, далеко не все из консенсусных алгоритмов, они представляют собой прочную основу для многих новых проектов и новых консенсусных протоколов.