Алгоритмы достижения консенсуса в блокчейне

Возможно, вам уже знакомы такие термины, как proof-of-work или proof-of-stake. Если нет, не отчаивайтесь — в этой статье мы подробно объясним, что такое алгоритм достижения консенсуса в блокчейне, рассмотрим его виды и ответим на наиболее популярные вопросы, интересующие новичков.

Что такое алгоритмы консенсуса? Зачем они нужны?

Любой блокчейн основан на децентрализованном принятии решений. Поэтому для его функционирования необходимо выработать набор формальных правил, которые могут быть полезны для разрешения возможных конфликтов между участниками и подтверждения транзакций в сети. Такой набор формальных правил и является алгоритмом консенсуса. Таким образом, любой алгоритм проверяет, выполнены ли условия и можно ли подтвердить конкретную операцию. Эффективный механизм консенсуса позволяет максимально быстро верифицировать транзакции, при этом практически минимизируя риски неправомерного вмешательства в блокчейн или фальсификации сделок.

Что такое proof-of-work?

Proof-of-work — это исторически первый и один из самых популярных механизмов консенсуса в блокчейне. В частности, он используется биткоином, а также другими криптовалютами: Litecoin, Monero, Dogecoin, Dash и т. д. Proof-of-work переводится как «доказательство работы». О какой работе идет речь? Компьютеры разных пользователей пытаются решить задачу, и тот, кто первым нашел правильный ответ — получает вознаграждение. Более того, задача подбирается таким образом, чтобы решить ее было сложно, а проверить — легко. Чем больше вычислительных мощностей у конкретного пользователя, тем выше вероятность решить ее успешно. Одна из главных целей алгоритма proof-of-work — предотвратить «атаку 51%», когда злоумышленники пытаются захватить контроль над большей частью сети, чтобы подтвердить свои незаконные транзакции.

Что такое proof-of-stake?

Proof-of-stake — это более новый и один из самых популярных алгоритмов консенсуса в последние годы. Так, главный альткоин Ethereum недавно завершил переход на него в результате слияния блокчейнов под названием Merge. Другие криптовалюты, использующие proof-of-stake: Cardano, Avalanche, Solana, Polkadot и т. д. В целом почти все современные проекты, специализирующиеся на достижении максимальной масштабируемости и производительности, полагаются на этот алгоритм. Proof-of-stake переводится как «доказательство доли». Это означает, что вероятность подтверждения определенного блока зависит от доли токенов, контролируемых определенным пользователем, а не от работы по решению задач, как в случае с proof-of-work. Proof-of-stake является более предпочтительным для крупных держателей криптовалюты, т. к. они получают дополнительные возможности наращивать свои активы без дополнительных инвестиций. Сторонники защиты окружающей среды также активно способствуют использованию этого алгоритма, т. к. он не нуждается в значительных вычислительных мощностях и непропорциональном использовании энергии.  

Какой алгоритм консенсуса лучше: proof-of-work или proof-of-stake?

Однозначного ответа на этот вопрос нет: все зависит от целей конкретного блокчейна и приоритетов участников сети.

Почему Ethereum переходит на proof-of-stake, а биткоин — нет?

Ethereum выполняет функции ведущего блокчейна для децентрализованных приложений и смарт-контрактов. Поэтому для него вопросы скорости работы и масштабируемости являются ключевыми. Биткоин является самой децентрализованной и стабильной криптовалютой, выполняющей функции «цифрового золота». Разработчики ВТС никогда не поддержат переход на алгоритм, негативно сказывающийся на децентрализации и стабильности системы. А повышение скорости транзакций и снижение их стоимости достигается за счет решений «второго уровня»: таких как Lightning Network.

Какие еще алгоритмы консенсуса существуют?

На данный момент их множество. В частности, по данным Hackernoon, одни из самых популярных включают:

• proof-of-authority: транзакции подтверждаются определенными аккаунтами, использующими специальное программное обеспечение, процесс полностью автоматизирован;
• proof-of-weight: использует другой критерий вместо доли токенов для выбора валидаторов: например, репутацию участников (proof-of-reputation как разновидность proof-of-weight);
• proof-of-elapsed-time: применяется в тех блокчейнах, где пользователи должны идентифицировать себя перед участием в валидации — далее вероятность распределяется между всеми такими участниками.

На данный момент существуют более 30 сравнительно популярных консенсус-алгоритмов.

Будут ли возникать новые алгоритмы консенсуса в будущем?

Да, безусловно. По мере появления инновационных технологий и нереализованных потребностей к подтверждению транзакций в новых условиях, разработчики будут изменять текущие алгоритмы и предлагать принципиально другие решения.

Источники: Fool, Hackernoon, ForkLog