Порівняльний посібник щодо консенсусних алгоритмів блокчейну: PoW проти PoS

Децентралізована розподілена мережа технології блокчейн створює систему, позбавлену корупції та пропонує більш високий рівень безпеки, прозорості та незмінності: ви це вже знаєте! Але чи запитували ви коли-небудь, як керується система без центрального органу або як приймаються рішення щодо перевірки транзакцій?

Однією з найважливіших обіцянок технології блокчейн є безнадійна однорангова система, де спільнота допомагає перевірити, чи транзакції є справжніми. Однак чи замислювалися ви, як саме це відбувається? Що ж, різні блокчейни використовують різні методи, які називаються алгоритмами консенсусу блокчейнів.

Також відомі як консенсусні протоколи, ці алгоритми є наборами правил, за якими працюють мережі. Якщо це звучить цікаво, прочитайте наш вичерпний посібник, щоб дізнатися, що таке алгоритми консенсусу блокчейнів, їхні цілі, як вони працюють і різницю між двома найпопулярнішими, які використовуються сьогодні.

Як працюють блокчейни

Блокчейн — це система для запису інформації, яку неможливо змінити чи зламати. Блокчейн, також званий технологією розподіленої книги (DLT), використовує криптографічне хешування децентралізації для створення безпечної та прозорої історії цифрових активів.

Хоча блокчейн працює на більш складній системі, аналогія якимось чином пояснює, як це працює. Найпростішою ілюстрацією того, як працює блокчейн, є документ Google. Ви можете ділитися та розповсюджувати будь-які документи, створені за допомогою Документів Google, у команді замість того, щоб копіювати та передавати їх.

Google Docs використовує децентралізований ланцюжок розповсюдження, який дозволяє всім членам команди отримувати доступ до документа одночасно. Усі зміни, внесені в документ, реєструються в реальному часі та є прозорими, оскільки жоден учасник не заблоковано.

Кожен блок у ланцюжку блоків виконує кілька транзакцій. Щоразу, коли користувач додає нову транзакцію в блокчейн, запис транзакції додається до всіх облікових книг учасників.

Подібним чином, щоразу, коли користувач змінює один блок у ланцюжку, для всіх комп’ютерів-учасників стає очевидним, що зміна була зроблена. Будь-який хакер, який має намір пошкодити систему, повинен буде змінити всі блоки в ланцюжку в кожній розподіленій версії ланцюга.

Що таке механізм консенсусу блокчейну?

Механізм консенсусу — це формула, за якою будь-яка група людей без вищої центральної влади приймає рішення та забезпечує дотримання домовленостей. Алгоритм консенсусу в блокчейні означає процес, за допомогою якого користувачі або однорангові користувачі в мережі блокчейну досягають спільної згоди або консенсусу щодо стану блокчейну в реальному часі.

Протокол консенсусу дозволяє мережі блокчейн досягти надійності та створити довіру між різними нотатками, окрім гарантування безпеки в межах розподіленої книги. Алгоритм консенсусу стає невід’ємною частиною кожного блокчейн-додатку або проекту DApps у блокчейні.

Механізми консенсусу блокчейну зазвичай відповідають за наступні три речі:

  • Вони гарантують, що наступний блок у ланцюжку є єдино правильною версією правди.
  • Вони не дозволяють зловмисникам досягти 51% хеш-потужності, узурпувати систему та успішно розгалужувати ланцюжок.
  • Вони гарантують надійність мережі, включаючи кілька вузлів, що є одним з найважливіших аспектів, оскільки підтверджує цілісність мережі. Найважливішим елементом механізмів консенсусу є забезпечення того, щоб користувачі не витрачали ту саму криптовалюту двічі (подвійне витрачання).
  Ярлики Siri не працюють: 8 способів виправити!

Інші постачальники фінансових послуг, такі як компанії, що видають кредитні та дебетові картки, не використовують механізми консенсусу, оскільки, на відміну від компаній, що працюють на блокчейні, фірми контролюють свої мережі. Система надсилає інформацію до центральної бази даних щоразу, коли ви використовуєте їхні кредитні картки. Користувачі кредитних карт вважають, що компанії можуть захистити як свої дані, так і процес відповідних замовлень під час транзакцій.

Оскільки лише компанія, яка видає кредитні картки, контролює всю свою мережу, вони залишають за собою право скасувати або цензурувати будь-яку транзакцію. Окрім права на цензуру та нездатності вирішувати суперечки, більшість централізованих баз даних дуже вразливі до ризику злому та пошкодження.

Увійдіть у блокчейн та епоху криптовалют; стало можливим проводити однорангові транзакції, які є надійними, незмінними та доступними для відстеження в межах децентралізованої мережі. Оскільки в таких мережах немає центрального або вищого органу влади, який би забезпечував дотримання встановлених правил, різні види алгоритмів консенсусу блокчейну гарантують, що кожен учасник мережі погоджується з правилами та грає відповідно до них.

Цілі механізмів консенсусу в блокчейні

Нижче наведено основні цілі механізмів консенсусу блокчейну.

#1. Уніфікований договір

Досягнення єдиної згоди є одним із головних завдань механізму консенсусу. Протоколи, вбудовані в розподілену мережу блокчейну, гарантують, що всі дані, введені під час процесу, є правдивими та точними, а також що статус книги залишається актуальним. У результаті користувачі можуть здійснювати транзакції, не обов’язково зміцнюючи довіру з однолітками.

#2. Створіть спільний економічний стимул

Оскільки блокчейн є системою, яка не має довіри і регулює сама себе, інтереси всіх учасників повинні бути узгоджені. У такій ситуації консенсусний алгоритм блокчейну винагороджує тих, хто дотримується лінії, і карає зловмисників, одночасно регулюючи економічні стимули.

#3. Чесність і справедливість

Консенсусні протоколи гарантують, що всі зацікавлені користувачі можуть брати участь у мережі, використовуючи однакові основи. Як наслідок, це виправдовує аспекти децентралізації та відкритості системи блокчейн.

#4. Усунення несправностей

Метод консенсусного механізму також гарантує, що блокчейн є узгодженим, надійним і вільним від збоїв, що означає, що система може працювати незалежно в будь-який час, у тому числі під час збоїв і загроз.

Типи консенсусних алгоритмів блокчейну: доказ роботи проти доказу частки

В екосистемі блокчейну існує безліч консенсусних алгоритмів, і багато інших все ще розробляються. Тому кожен користувач або підприємець повинен бути знайомий з особливостями різних механізмів консенсусу та знати, як визначити погані. Після вивчення основ консенсусних алгоритмів блокчейну настав час відкрити сильні та слабкі сторони двох найпопулярніших методів консенсусу.

Доказ роботи (PoW) і доказ частки (PoS) є найбільш широко використовуваними методами консенсусу в блокчейні. Обидва регулюють процес, за допомогою якого однорангові транзакції перевіряються та додаються до загальнодоступної розподіленої книги блокчейну без центрального органу. Знання відмінностей між PoW і PoS може допомогти вам легко оцінити криптовалюти у вашому портфелі.

Що таке підтвердження роботи (PoW)?

Консенсусний метод підтвердження роботи дебютував на початку 1990-х років для боротьби зі спамом електронною поштою. Ідея полягала в тому, що комп’ютер повинен виконати невелику кількість роботи, перш ніж він зможе надіслати електронний лист. Хоча робота мала бути тривіальною для тих, хто надсилає легітимний електронний лист або два, вона вимагала величезних ресурсів і обчислювальної потужності для тих, хто мав намір масово надсилати електронні листи. Творець біткойна Сатоші Накамото був першою людиною, яка застосувала технологію цифрових грошей у офіційному документі біткойна.

  Як конвертувати валюту в Microsoft Excel

a. Блокчейн замовлення

Ви вже знаєте, що блокчейн складається з рядка блоків, що представляють групи транзакцій, вирівняних у хронологічному порядку. Перший блок у блокчейні, заснованому на доказі роботи, жорстко закодований у програмному забезпеченні та називається блоком 0 або блоком Genesis. Хоча перший блок не посилається на жодні попередні блоки, усі інші блоки, що входять у блокчейн, мають посилатися на попередні блоки. Кожен несе копію оновленої книги.

b. Використання енергії

Алгоритм підтвердження роботи використовує конкурентну гонку, щоб визначити, хто з учасників (майнерів криптовалюти) може налаштувати облікову книгу. Майнери повинні використовувати обчислювальну енергію, щоб мати право пропонувати дійсні блоки відповідно до правил мережі.

Комп’ютери, на яких працює програмне забезпечення Bitcoin, відомі як вузли, перевіряють транзакції, запобігають подвійним витратам і визначають, чи повинен будь-який із запропонованих блоків приєднатися до ланцюжка. Біткойн-майнери змагаються один з одним, щоб отримати можливість створити новий блок, розв’язуючи складні математичні суми за допомогою процесу, який називається хешуванням. Математичні задачі важко вирішити, але мережа може легко перевірити правильне рішення.

в. Участь

Метод консенсусу PoW поєднує обчислювальну потужність із криптографією для досягнення консенсусу та перевірки транзакцій, записаних у блокчейні. Майнери, які беруть участь у процесі хешування, повинні згенерувати правильну відповідь на математичну задачу, щоб отримати право на додавання нового блоку до ланцюжка.

Майнери, що беруть участь, вгадують рядок псевдовипадкових чисел, які, об’єднуючись з інформацією в блоці та проходячи через комп’ютер із хеш-функцією, мають надати рішення, яке відповідає умовам, заданим заздалегідь алгоритмом.

Після отримання відповіді система транслює виграшний хеш у мережу, щоб інші майнери могли перевірити його достовірність. Якщо інші майнери перевірять хеш, блок буде додано до блокчейну, а успішний майнер отримає компенсацію у вигляді винагороди за блок.

d. Розподіл винагороди

Людина, яка майнить блок, визнаний дійсним у мережі, отримує винагороду за блок, як правило, нову криптовалюту. Для таких криптовалют, як біткойн, блокчейн систематично зменшує суму винагороди за блок після створення певної кількості блоків, щоб зберегти загальну суму коштів обмеженою та дефляційною.

Що таке Proof of Stake (PoS)?

Консенсусний метод Proof of Stake (PoS) є поправкою до PoW, який дебютував у 2012 році. Замість того, щоб покладатися виключно на комп’ютери, які конкурують один з одним за створення правильного хешу, мета протоколу консенсусу PoS полягає в тому, щоб дозволити участь через право власності конкретної криптовалюти. Метою було в першу чергу розглянути високе енергоспоживання PoW для визначення порядку блокчейну.

Алгоритм PoS використовує заздалегідь визначений набір факторів для псевдовипадкового вибору вузла серед власників монет, щоб запропонувати наступний блок для блокчейну. Роль вибраного вузла полягає в тому, щоб перевірити дійсність транзакцій у блоці на додаток до підписання та пропозиції блоку в блокчейні для перевірки.

a. Блокчейн замовлення

Як і механізм PoW, метод консенсусу PoS складається з рядка блоків, вирівняних у хронологічному порядку. Перший блок у блокчейні на основі PoS також жорстко закодований у програмному забезпеченні блоку genesis. Усі наступні блоки, додані до блокчейну, повинні посилатися на попередній блок і мати повну копію оновленої книги. Однак, на відміну від методу PoS, вузли-учасники не конкурують за вибір для додавання блоків. У результаті нові блоки зазвичай кують або карбують, а не видобувають.

b. Використання енергії

Блокчейни на основі PoS відомі тим, що використовують енергоефективну систему для визначення того, хто може пропонувати нові блоки, і не залежать від високого споживання енергії та обчислювальної потужності. Прихильники механізму консенсусу PoS називають його екологічно чистим механізмом, у якому окремий вузол отримує завдання зі створення нових блоків замість того, щоб конкурувати один з одним.

  Як знайти пряме посилання для завантаження будь-якого файлу

Оскільки як PoW-майнінг, так і PoS-майнінг вимагають споживання енергії, вузли майнінгу та майнінгу мотивовані використовувати найдешевшу форму електроенергії, яка найчастіше надходить із відновлюваних джерел, таких як гідроелектроенергія, вітер або сонячна енергія, а не з парникових джерел, таких як вугілля.

У той час як майнерам PoS потрібне лише активне джерело Інтернету, яке потребує невеликої кількості енергії, майнерам PoW, з іншого боку, необхідно придбати спеціалізоване обладнання (графічні процесори), обладнання для майнінгу та інші дорогі пристрої, щоб мати шанс створити блок.

в. Участь

Щоб взяти участь у методі консенсусу PoS і отримати шанс бути обраним для додавання блоків до ланцюжка, користувач повинен зробити ставку або заблокувати певну кількість токенів блокчейну в конкретному смарт-контракті. Ваш шанс бути обраним для участі визначається сумою криптовалюти, яку ви робите.

Користувачі, які діють зловмисно або порушують встановлені правила, можуть у результаті втратити свою частку як покарання. Алгоритм PoS використовує кілька інших визначальних факторів, щоб уникнути надання переваги лише найбагатшим вузлам, деякі з яких включають чисту рандомізацію або кількість разів, коли вузол ставив монети.

d. Розподіл винагороди

Подібно до механізму консенсусу PoW, користувачі, які успішно запропонували дійсний блок, отримують винагороду за блок, посилаючись на криптовалюту блокчейну. Тим не менш, оскільки право власності на монети визначає вибір, деякі криптовалютні біржі пропонують послуги ставок, розміщуючи ставки від імені користувачів в обмін на регулярні виплати.

PoW проти PoS: де майбутнє?

Наш вердикт щодо консенсусних алгоритмів блокчейну «доказ роботи» та «доказ частки» полягає в тому, що обидва працюють по-різному для досягнення однієї мети. Однак, оскільки підтвердження частки все ще є відносно новим на ринку, може бути несправедливим судити про те, хто з них є прямим переможцем.

PoW був традиційним механізмом консенсусу в більшості оригінальних блокчейнів, таких як Bitcoin і Ethereum. Однак Ethereum перебуває в процесі прийняття нового протоколу PoS, щоб продемонструвати потенціал нового методу консенсусу.

Механізм консенсусу PoW витримав випробування часом і зарекомендував себе як спосіб захисту блокчейну. Однак це негативно вплинуло на масштабованість мережі, що негативно впливає на транзакції. У наші дні люди рідко отримують можливість займатися майнінгом, оскільки великі централізовані майнінгові організації з величезною обчислювальною потужністю взяли його на себе, що робить пов’язані з цим витрати непідйомними.

Алгоритм PoS, з іншого боку, є більш енергоефективним, а мережі, які його використовують, мають більшу масштабованість і ефективніші транзакції. Однак механізм забезпечує меншу безпеку для криптовалют, на які ставлять учасники.

Висновок

PoS з’явився, щоб усунути недоліки, властиві механізму PoW, і, звісно, ​​покращити енергоефективність. Однак обидва консенсусні алгоритми блокчейну можуть бути доступні в осяжному майбутньому, враховуючи, що біткойн застряг у PoW, а Ethereum тяжіє до PoS.

Вам також може бути цікаво почитати про вузли блокчейну.