Dowód pracy a dowód stawki: wyjaśnienie algorytmów konsensusu Blockchain

Jeśli słyszałeś frazy „dowód pracy” i „dowód stawki”, ale nie wiesz, co one znaczą, nadszedł czas, aby się dowiedzieć.

Dowód pracy i Dowód stawki są algorytmami konsensusu. Pozwalają wszystkim węzłom blockchain na porozumienie się i zapobiegają podwójnemu wydatkowaniu – atakowi, który próbuje wydać te same monety więcej niż raz.

Oto podział. Jeśli jednak jeszcze tego nie zrobiłeś, zalecamy najpierw przeczytanie naszego wstępnego przewodnika po blockchain.

Co to jest dowód pracy?

Proof of Work (PoW) to „tradycyjny” model łańcucha bloków i działa prawie dokładnie tak, jak się wydaje. Podstawowym założeniem jest to, że musi nastąpić określona ilość przetwarzania, zanim komputer zostanie „dopuszczony” do zrobienia czegoś innego. W przypadku Bitcoin górnicy muszą wykonywać trudne obliczenia, aw zamian mogą odkryć blok i otrzymać za to nagrodę BTC.

Uwaga: Dowód pracy nie dotyczy wyłącznie kryptowaluty! Informatycy Cynthia Dwork i Moni Naor wymyślili to w swoim artykule z 1993 r. „Pricing via Processing, Or, Combatting Junk Mail, Advances in Cryptology” (chociaż nazwa zyskała dopiero znacznie później).

Algorytm PoW ma na celu zapobieganie niewłaściwemu wykorzystaniu systemów komputerowych, takim jak spam e-mailowy lub cyberataki. Jeśli komputer musi wykonać złożone obliczenia przed wysłaniem wiadomości e-mail (co kosztuje czas i pieniądze), spamerzy i inne złośliwe podmioty znacznie rzadziej nadużywają systemu. Z tego powodu Proof of Work jest prawie idealnym wyborem dla Bitcoin i innych kryptowalut.

Jednym z najbardziej fundamentalnych aspektów PoW jest to, że obliczenie zajmuje dużo czasu, ale jest bardzo łatwe do zweryfikowania. Jeśli węzeł spędza godzinę na wykonywaniu obliczeń, wszystkie inne węzły muszą to zweryfikować znacznie szybciej. Gdyby każdy inny węzeł zajmował tyle samo czasu, wtedy łańcuch bloków byłby bezużyteczny, ponieważ byłby zbyt wolny w użyciu. Weryfikacja musi nastąpić niemal natychmiast.

Górnicy wykonują te obliczenia. Ich wykonanie zajmuje dużo czasu, więc górnicy konkurują ze sobą, aby najpierw je obliczyć. Nie służą one żadnemu innemu celowi niż ograniczenie podaży nowych monet na rynku. Gwarantuje to, że górnicy pozostaną w pobliżu wystarczająco długo, aby zweryfikować transakcje, a tym samym zasilić sieć.

Algorytm PoW używany w Bitcoin nazywa się „Hashcash”. Jest to złożony proces kryptograficzny, ale ponieważ jest to obliczenie, obliczenia stają się szybsze wraz ze wzrostem mocy procesora w czasie. Aby temu zaradzić, Bitcoin (i inne łańcuchy bloków) często dostosowują poziom trudności, aby zapewnić mniej więcej stałą dostawę nowych monet na rynek.

Jak można się domyślić, największym minusem PoW jest zużycie energii elektrycznej. Obliczenia mocy obliczeniowej zużywają ogromną ilość mocy procesora. To nie jest darmowe, więc wraz ze wzrostem mocy procesora rośnie zużycie energii elektrycznej. Prowadzi to do wyższych rachunków, a jeśli wystarczająca liczba ludzi zaczęła eksploatować za pomocą potężnych platform górniczych, możesz mieć duży problem.

Z tego powodu wiele krajów zakazało wydobywania kryptowalut, zwłaszcza kraje, w których rząd uzupełnił koszty energii elektrycznej. Jeśli boom kryptowalut w styczniu 2018 r. Powróci, nastąpi znaczny wzrost światowego zużycia energii. Kryptowaluty, takie jak Ethereum, szukają alternatyw, takich jak Proof of Stake.

Innym możliwym problemem związanym z PoW jest „atak 51%”. Węzły zapewniające 51% lub więcej mocy sieci mogą przegłosować każdy inny węzeł. Oznacza to, że pojedyncza osoba lub organizacja może „kontrolować” Bitcoin lub inne łańcuchy bloków PoW. W rzeczywistości nie ma to większego znaczenia. Wymagana do tego moc komputera jest ogromna i nawet rządy nie mają do niej dostępu. Chociaż teoretyczny problem, atak 51% jest mało prawdopodobny w żadnej dużej sieci.

Co to jest dowód stawki?

Proof of Stake (PoS) działa inaczej niż PoW. Dzięki PoS nie ma dużych rachunków za prąd, a operatorzy prawie stawiają na swoje monety. Operatorzy węzłów „stawiają” swoje monety. Ci, którzy mają więcej monet, mają większą szansę na uzyskanie nagrody po odkryciu bloku, ale nie jest to jedyny czynnik. Gdyby osoba stawiająca najwięcej monet była zawsze nagradzana nagrodą blokową, pozwoliłoby to każdemu „kupić” sieć.

Zamiast tego zachodzi bardziej przypadkowe podejście. Różni się to w zależności od łańcucha bloków, ale powszechną metodą jest starzenie się monet. Aby kwalifikować się do odkrywania nowych bloków, monety muszą być stawiane przez pewien czas – często 30 dni. Stakowane monety nie mogą nic innego zrobić. Po tym czasie postawione monety mogą otrzymać nagrodę blokową. Ponownie, aby zapobiec uzyskaniu przewagi przez osoby z największą liczbą monet, postawione monety tracą ważność po określonym czasie, zmuszając węzły do ponownego uruchomienia procesu i ponownego odczekania 30-dniowego okresu.

Możesz się zastanawiać, kto weryfikuje transakcje za pomocą PoS. Stawiając monety, Twój portfel musi być online. Twój komputer weryfikuje transakcje, a ponieważ nie ma skomplikowanych obliczeń, takich jak w PoW, prawie każdy komputer może to zrobić! Różne kryptowaluty mają różne sposoby wybierania górników, ale generalnie konta są przypisywane mniej więcej co minutę. Jeśli konto przypisane do przetwarzania transakcji nie odpowiada, cała sieć zgadza się na ponowne przydzielenie zadania.

PoS działa bardzo dobrze i rozwiązuje problem PoW związanego z ogromnym zużyciem energii. Ponieważ posiadanie dużej liczby monet zwiększa szansę na nagrodę, górnicy są bardziej skłonni do zainteresowania się projektem, niż tylko troszczenia się o zysk. Górnik PoW nie musi posiadać żadnej kryptowaluty.

Wreszcie, wydobywanie PoS nic nie „kosztuje”. Jeśli nie zostaniesz wybrany do odkrycia nowego bloku, nie stracisz swoich monet. Z tego powodu sieci PoS mogą być podatne na lukę „nic nie jest zagrożone”. Ponieważ górnicy nie tracą swoich udziałów, co powstrzymuje ich przed weryfikacją wszystkiego, nawet złych transakcji?

Jeśli dojdzie do hard forka, górnicy mogą zdecydować się na weryfikację zarówno starego, jak i nowego łańcucha, prawie gwarantując zyski bez względu na to, co się stanie. Może to utrudniać wykonywanie aktualizacji oprogramowania, ponieważ sieć może nie przełączyć się na nowy rozwidlenie. Jeśli ktoś spróbuje podejrzanych rzeczy w księdze, a następnie wykona rozwidlenie, może mu się to udać, ponieważ górnicy będą nadal weryfikować transakcje w obu łańcuchach.

Wiele sieci rozważa rozwiązania problemu „nic nie stanowiącego zagrożenia”. Jedną z powszechnych metod jest opóźnienie wypłaty nagrody za odkrycie bloku. Jeśli dojdzie do rozwidlenia, górnicy będą musieli wybrać stronę, ponieważ nie otrzymają nagrody, jeśli stary widelec „umrze”. Jednym z powodów, dla których ten atak nigdy się nie zmaterializował, jest prosty. Pomimo tego, że są w stanie czerpać zyski z obu wideł, górnicy często chcą, aby sieć się powiodła, więc wcześniej czy później wybiorą stronę.

Inne algorytmy konsensusu Blockchain

Istnieje kilka innych algorytmów konsensusu. Niektóre eksperymentalne, niektóre zupełnie nowe, ale większość jest znacznie mniej powszechna niż PoS i PoW.

Dowód działalności: Łączy to PoW i PoS, przy czym zarówno stakery, jak i górnicy otrzymują część nagród.
Delegowany dowód stawki: Użytkownicy stawiają swoje tokeny, aby wybrać przedstawiciela do weryfikacji transakcji. Bardzo szybko i ludzie mogą współpracować, aby tworzyć nowe bloki lub głosować na złe węzły.
Dowód spalenia: Niszczenie monet zwiększa twoją reputację przy podejmowaniu decyzji. Więcej zniszczonych monet = lepsza kontrola sieci.
Dowód wagi: Zamiast stakować, operatorzy węzłów zmieniają się na podstawie innych wskaźników (różni się w zależności od łańcucha blokowego). Może to być wszystko, na przykład pojemność dysku twardego lub prędkość Internetu.
Dowód upływu czasu: Jak PoW, ale mniej pracy i więcej loterii. Opracowany przez firmę Intel i wciąż eksperymentalny.

Jak można się spodziewać po kryptowalutach, algorytmy konsensusu to skomplikowana sprawa. Nie potrzebujesz dyplomu z informatyki, aby z nich korzystać, ale zrozumienie, jak działają, może pomóc w zakupie monet lub uruchomieniu węzła. Daj nam znać, co myślisz w komentarzach poniżej.