Типы консенсусов

Алгоритм консенсуса — это механизм, с помощью которого пользователи и программы могут координировать свои действия в распределенной сети. Он обеспечивает достижение согласия между всеми участниками сети о текущем состоянии данных, даже если некоторые ноды выходят из строя

Алгоритмов консенсусов в блокчейне достаточно много, в этой статье попробуем разобрать несколько таких типов

1. Proof of Work (PoW) — Доказательство Работы

Proof of Work был первым алгоритмом консенсуса используемый в Bitcoin
Узлы (майнеры) соревнуются в решении сложных математических задач. Тот, кто первым решит задачу, получает право добавить новый блок в блокчейн и получить вознаграждение
Майнер должен проверить и собрать незавершенные транзакции, затем объединить их в блок-кандидат и пропустить данные блока через хеш-функцию, чтобы получить правильный хеш. Если у майнера получится найти правильный хеш для своего блока-кандидата, он передаст его в сеть, добавит блок в блокчейн и получит вознаграждение за майнинг
У такой системы есть и минусы. Огромное потребление электроэнергии и уязвимость к Атаке-51%

2. Proof of Stake (PoS) — Доказательство Доли Владения

Proof of Stake — это популярная альтернатива алгоритму консенсуса Proof of Work. В этом механизме для подтверждения транзакций используется не вычислительная мощность, а монеты в стейкинге, предоставленные валидаторами
На сегодняшний день Proof of Stake является самым популярным алгоритмом консенсуса для многих сетей блокчейна
Узлы (валидаторы) выбираются для создания нового блока на основе количества криптовалюты, которую они держат и готовы "заложить" в качестве залога. Чем больше доля, тем выше шанс быть выбранным
В системах Proof of Stake в контексте создания блоков используется термин форжинг, а не майнинг, однако можно встретить и оба варианта. Большинство криптовалют Proof of Stake запускаются с запасом предварительно созданных монет, чтобы ноды могли немедленно приступить к работе
Основная идея PoS заключается в выборе валидаторов на основе их доли в сети для проверки блоков транзакций. В отличие от PoW, где майнеры тратят огромные объемы вычислительной мощности (и, соответственно, энергии) для решения сложных задач, валидаторы PoS выбираются на основе количества криптовалюты, которую они держат и готовы "заложить" в качестве гарантии. Этот механизм значительно снижает потребление энергии
Блокчейны с механизмом Proof of Stake более уязвимы к Атаке-51%. Если цена токена рухнет или блокчейн будет иметь низкую рыночную капитализацию, теоретически злоумышленники смогут приобрести более 50% токенов по низкой цене и захватить контроль над сетью
Для стейкинга пользователям понадобятся нативные токены блокчейна — их можно приобрести через биржу или любым другим способом. Иногда для эффективного стейкинга могут потребоваться значительные вложения

3. Delegated Proof of Stake (DPoS) — Делегированное Доказательство Доли Владения

Алгоритм консенсуса Delegated Proof of Stake (DPoS) рассматривается многими как более эффективная и демократичная версия предыдущего механизма PoS
Владельцы токенов голосуют за делегатов, которые будут отвечать за проверку транзакций и создание новых блоков. DPoS был разработан как реализация технологии, основанной на демократии, использующей процесс голосования и выборов для защиты блокчейна от централизации и злонамеренного использования
Повышенная эффективность - DPoS может обрабатывать больше транзакций в секунду, чем PoW
Участие в демократии - DPoS обеспечивает более широкое участие в управлении сетью
Сила голоса зависит от количества монет, которыми располагает каждый участник. Конечно, каждый проект наделяет алгоритм определенными свойствами. Именно поэтому система делегированного голосования немного отличается от проекта к проекту. Однако в целом система такая — каждый делегат представляет свое индивидуальное предложение, а другие участники голосуют по нему
У такого типа консенсуса есть свои минусы. Выбор небольшого количества делегатов может привести к централизации. Некоторые проекты DPoS страдают от низкой децентрализации из-за ограниченного числа делегатов. Ограниченное число делегатов открывает для систем DPoS возможность атаки 51%

4. Proof of Authority (PoA) — Доказательство Авторитета

Не путать с доказательством активности (также "PoA")

Proof of Authority (PoA) является основанным на репутации алгоритмом консенсуса, который представляет практическое и эффективное решение для блокчейнов (особенно частных)
Консенсус алгоритм PoA использует значение идентификаторов, которые означают, что валидаторы блока не создают стейки монеты, а вместо этого имеют собственную репутацию. Следовательно, блокчейны PoA защищен проверяющими узлами, которые произвольно выбирают заслуживающего доверия
Поскольку этот механизм практически не требует вычислительной мощности, он гораздо менее ресурсоемкий, чем некоторые его предшественники, в частности PoW
Трудность стать валидатором: кандидат должен быть готов вложить деньги и поставить свою репутацию на карту. Жесткий процесс снижает риск выбора сомнительных валидаторов и стимулирует долгосрочность обязательств
Восприятие механизма РоА состоит в отказе от децентрализации. Таким образом, можно сказать, что эта модель алгоритма консенсуса, это просто попытка сделать централизованные системы более эффективными. Хотя это и делает PoA привлекательным решением для крупных корпораций с логистическими потребностями, оно вызывает некоторые колебания, особенно в области криптовалют
Личности модераторов сети всем известны. Это удерживает их от злоупотреблений своим положением, но делает объектом для хакерских атак мошенников
Один из минусов это вероятность злоупотребления полномочиями. Репутация может и не удержать модератора сети от мошеннических действий, он может пожертвовать ей и нанести вред системе

5. Proof of Burn (PoB) — Доказательство Сжигания

В PoB майнеры получают право добывать блок, "сжигая" (уничтожая) заранее определенное количество токенов проверяемым способом - а именно, отправляя их на "адрес сжигателя", где их нельзя восстановить или потратить. Чем больше монет сожжено, тем больше шансов быть выбранным случайным образом
В отличие от PoS, где майнеры могут получить или продать свои заблокированные монеты, если они когда-либо покинут сеть, сожженные монеты теряются безвозвратно. Этот метод, требующий от майнеров жертвовать краткосрочным богатством, чтобы получить пожизненную привилегию на создание новых блоков, помогает стимулировать долгосрочную приверженность майнеров. Акт сжигания монет также приводит к их дефициту, ограничивая инфляцию и повышая спрос

6. Proof of Humanity (PoH) - Доказательство человечности

Данный консенсус используется в Humanity Protocol (про который будет отдельная статья, с обзором данного проекта). Proof of Humanity - Механизм консенсуса, который вводит автономную идентификацию (SSI) для отдельных лиц по всему миру
На 1 этапе протокол может удостоверять, что пользователь является новым и уникальным лицом в сети, и прикреплять личные данные человека с помощью распознавания ладоней. Используя мобильные устройства для получения снимков ладони. Данный метод предполагает получение изображения с помощью камеры смартфона при естественном освещении с использованием передовых технологий анализа отпечатков ладони
Humanity Protocol позволяет сторонним приложениям быстро проверять личности пользователей непосредственно на их устройствах, гарантируя аутентификацию каждого участника
На этапе 2 Humanity Protocol эволюционирует в уровень идентификации интернета, позволяя пользователям загружать и проверять данные, защищая личную информацию с помощью доказательств с нулевым разглашением
Экосистема авторизованных валидаторов Proof of Humanity подтверждает данные пользователей, такие как образование или записи о соответствии требованиям, без необходимости делиться личной информацией. Это позволяет создавать новые варианты использования, которые включают подтверждение владения активами, проверку банковских балансов без раскрытия точной цифры и многое другое
Приложение Humanity Protocol преобразует отпечатки ладоней в зашифрованные биометрические подписи и выдает проверяемые учетные данные (VC) на адрес протокола пользователя по цепочке, гарантируя, что изображения ладони не хранятся централизованно

7. Proof of Activity (PoA) — Доказательство Активности

Доказательство активности (PoA) - это гибрид механизмов консенсуса PoW и PoS. Майнеры решают задачи (PoW), а затем валидаторы (PoS) подтверждают блоки

В системах PoA процесс майнинга начинается, как и в PoW, когда майнеры соревнуются в решении сложной математической задачи, используя огромные вычислительные мощности. Однако после того, как блок добыт, система переключается на PoS, при этом успешно сгенерированный заголовок блока транслируется в сеть PoA. Затем случайным образом выбирается группа валидаторов, которые подписывают хэш, подтверждая новый блок. Как и в PoS, чем больше монет у валидатора, тем выше его шансы быть выбранным. После того как каждый выбранный валидатор подписал блок, он добавляется в сеть и готов к регистрации транзакций. Вознаграждение за блок делится между майнером и валидаторами
Какие преимущества это дает? Во-первых, «переписать историю» уже совсем не так просто, т.е. PoW-блоки могут служить некоторого рода чекпоинтами, если учитывать суммарную сложность работы во всей цепочке. Транзакции, которые включены в блоки с «реальной» работой внушают большее доверия продавцам
Хотя система PoA была разработана с намерением объединить лучшие черты PoW и PoS, избегая при этом их недостатков, она вызвала критику за энергоемкий этап майнинга и присущую ей предвзятость к валидаторам, имеющим большое количество монет

Консенсусные алгоритмы являются основой блокчейн-технологий, обеспечивая их децентрализацию, безопасность и надежность. Каждый из перечисленных методов имеет свои уникальные особенности, преимущества и недостатки, что позволяет разработчикам выбирать подходящий алгоритм в зависимости от целей и условий их проектов. Развитие блокчейн-технологий продолжается, в будущем обязательно появятся новые, более эффективные методы достижения консенсуса