Autor: Veralteter Mitwirkender, Richard Red
Der Konsensmechanismus der Blockchain wird verwendet, um eine Einigung der Teilnehmer über den aktuellen Zustand der Blockchain sicherzustellen. Der Konsensmechanismus bestimmt, welche Knoten neue Transaktionsblöcke hinzufügen können, und eines seiner Hauptziele besteht darin, sicherzustellen, dass die Blockchain nicht neu geschrieben wird.
Arbeitsnachweis (POW)
Blockchains mit Proof-of-Work-Konsens (wie Bitcoin) können nur von Minern erstellt werden, die Hardware einsetzen und herausfinden, wie sie ein bestimmtes mathematisches Problem effizient lösen können. Jedes Mal, wenn ein Miner eine gültige Vermutung anstellt, kann das Blockchain-Netzwerk den von ihm erstellten Block akzeptieren. Während Miner eine der beiden Ketten zum Durchführen von Berechnungen auswählen können, akzeptiert das Netzwerk nur die Kette mit dem meisten Arbeitsnachweis (d. h. den meisten Hashes oder Berechnungen) als legitim. Das bedeutet, dass Miner einen Anreiz haben, auf der längsten Kette zu schürfen, und wenn sie einen neuen gültigen Block entdecken, werden sie versuchen, eine Lösung zu finden, wie sie auf dem neuen Block aufbauen können.
Die Schwierigkeit beim Umschreiben der Blockchain liegt in ihrer Rolle als Hauptbuch zur Aufzeichnung von Finanztransaktionen. Wenn eine Transaktion, die Gelder an eine Wallet sendet, in einem Block erscheint und andere Blöcke (bestätigt) auf diesem Block aufgebaut wurden, ist es nicht möglich, den Block (die Transaktion) neu zu schreiben.
Wenn eine Entität über genügend Hashing-Leistung verfügt, um die „echte Kette“ anzugreifen, kann sie die Blockchain neu schreiben (oder rekonstruieren), indem sie „alte“ Blöcke neu aufbaut, um die neuesten Blöcke zu ersetzen. Hier ist eine kurze Beschreibung dieser Art von Angriff, auch bekannt als 51 %-Angriff:
Der Angreifer zahlt zunächst Geld an die Börse ein, die Transaktion wird in Block X aufgezeichnet und dann beginnt der Angreifer selbst mit dem Aufbau einer weiteren Parallelkette (ohne den Block an das Netzwerk zu senden). Wenn die erforderliche Anzahl an Bestätigungen für die Einzahlungstransaktion erreicht ist, tauscht der Angreifer die Token in andere Währungen um und zieht sie von der Börse ab. Wenn die Auszahlungstransaktion abgeschlossen ist, gibt der Angreifer eine unabhängig aufgebaute Parallelkette frei, und wenn diese Blockchain mehr PoW (Blöcke) als die ursprüngliche Kette hat, akzeptiert das Netzwerk sie als legitime Kette, während die ursprüngliche Blockchain ( (die des Angreifers enthält). Aufladetransaktion) wird zu einer historischen Version und verschwindet. Der Angreifer kann die Token dann wieder verwenden.
Da Miner die einzigen Einheiten sind, die Blöcke in PoW-ähnlichen Kryptowährungen direkt zur Blockchain hinzufügen können, kommt ihnen eine wichtige Rolle bei der Governance zu. Wenn die Konsensregeln im Blockchain-Netzwerk geändert werden müssen, müssen sie von den meisten Hash-Berechnungsbeispielen unterstützt werden. Ein „Soft Fork“ erfordert, dass genügend Miner die neuen Konsensregeln neu identifizieren, damit Benutzer Transaktionen durchführen können und erwarten können, dass ihre Transaktionen korrekt verarbeitet und die Transaktionsdaten in Blöcke verpackt werden. Ein „Hard Fork“ wird das ursprüngliche Blockchain-Netzwerk in zwei Teile spalten, und die meisten Miner werden akzeptieren, dass „die PoW-Kette die richtige Kette ist“, und die Miner werden das Recht haben zu entscheiden, welche Kette als legitim gilt.
Proof of Stake Consensus (POS)
Der Proof-of-Stake-Konsens ist eine weitere Methode zur Entscheidung, welche Miner neue Blöcke hinzufügen und den aktuellen Status der Blockchain überprüfen können. Die Lösung des Problems durch den Nachweis des Anteils und nicht durch den Wettbewerb unter den Minern bestimmt den nächsten Blockproduzenten durch einen Mechanismus, der auf der Anzahl der Token (oder „Einsatz“) im Wallet basiert. Der Konsensprozess basiert auf dem Prinzip, dass diejenigen mit den meisten Interessen verantwortungsvolle und vernünftige Entscheidungen für das gesamte Netzwerk treffen.
Der Proof-of-Stake-Konsens macht energieintensive Bergbauaktivitäten überflüssig, aber der Mangel an erheblichem Energieaufwand schafft ein weiteres Problem, das manchmal als „Irrelevanz“ bezeichnet wird. Stattdessen wird häufig gefälschtes POS („Forging“) verwendet „Mining“) werden auf beiden Ketten separat abgebaut, da die Kosten für die Erstellung einer weiteren Kette sehr gering sind, sodass sie auf beiden Ketten gleichzeitig Gewinne erzielen können. Dies ist ein Problem für Blockchain-Netzwerke, da der Zweck des Konsensmechanismus nur darin besteht, zu erkennen, dass es eine legitime Kette gibt, und nur den Status der legitimen Kette zu erkennen.
Proof-of-Stake hat noch einige andere Probleme mit der Token-Verteilung. PoW-Miner haben hohe Kosten (Hardware, Strom) und müssen in der Regel einen großen Teil der von ihnen geschürften Token verkaufen, um diese Kosten zu decken. Daher können viele geschürfte Coins auf dem Markt gekauft werden und werden nicht von Minern gehortet. Die Kosten für die Fälschung von Proof-of-Stake sind sehr gering und sie müssen die erhaltenen Token nicht verkaufen, um den Netzwerkbetrieb aufrechtzuerhalten. Große Anteilseigner, die sich am Proof-of-Stake beteiligen, neigen dazu, ihren Anteil an im Umlauf befindlichen Token zu erhöhen, weil sie große Mengen an Belohnungen und Transaktionsgebühren von Netzwerkbenutzern kassieren. Dies wird mit Feudalismus verglichen, bei dem das Netzwerk im Besitz großer Token-Inhaber ist und von diesen kontrolliert wird und die Benutzer ihnen für die Nutzung Gebühren zahlen müssen. In POS werden normalerweise einige Einschränkungen festgelegt, sodass normale Benutzer nicht direkt am Proof-of-Stake-Konsens teilnehmen können.
Hybrides PoW/PoS
Das Ziel eines hybriden Proof-of-Work- und Proof-of-Stake-Systems besteht darin, die Stärken beider zu kombinieren und die Schwächen des anderen auszugleichen. Decred ist eine der wenigen Kryptowährungen, die eine Mischung aus PoW- und PoS-Konsensmechanismen verwendet und diese integriert, um einen multifaktoriellen und hybriden Konsensmechanismus zu schaffen.
In gewisser Weise sind „Masternode-Coins“ auch hybride Mechanismen, da sie über eine erkennbare Proof-of-Work-Komponente verfügen, die eine ähnliche Rolle wie Bitcoin spielt, mit der zusätzlichen Rolle eines speziellen Knotens. Diese speziellen Knoten halten typischerweise auch eine bestimmte Menge an Token als Sicherheit, um zu beweisen, dass sie vertrauenswürdig sind und im besten Interesse des Netzwerks sind, ähnlich einem Proof-of-Stake-Mechanismus. Dash ist der ursprüngliche Masternode-Token und nennt dieses Modell Proof of Service. Dieser Artikel konzentriert sich auf Komponenten mit hybridem Proof-of-Stake und geht daher nicht auf die Bandbreite der Token unter Berücksichtigung von Masternode-Tokens oder Proof-of-Service ein.
Die PoW-Komponente von Decred ähnelt anderen PoW-basierten Projekten und verwendet die Blake-256-Hash-Funktion. Die PoS-Komponente von Decred und wie sie eine Blockchain aufbaut, ist ziemlich einzigartig und verdient weitere Erläuterungen.
Um am Proof-of-Stake von Decred teilzunehmen, müssen Inhaber ihren DCR sperren und „Tickets“ kaufen. Der Preis der einzelnen Tickets wird durch einen marktähnlichen Mechanismus festgelegt, wobei das System darauf abzielt, eine bestimmte Anzahl an Tickets (40.960) zu erhalten – wird die Zielanzahl überschritten, erhöht sich der Preis, wird die Anzahl nicht erreicht, sinkt der Preis. Wenn ein Benutzer ein Ticket kauft, ist der von ihm verwendete DCR gesperrt (d. h. er kann ihn nicht ausgeben) und der Sperrzeitraum dauert, bis über sein Ticket durch einen pseudozufälligen Funktionsaufruf abgestimmt wird oder bis es in etwa 142 Tagen abläuft. Dadurch entstehen Opportunitätskosten für den PoS-Mechanismus, um sicherzustellen, dass PoS-Wähler eine faire Chance auf das Spiel haben und im besten Interesse des Netzwerks handeln.
PoS-Teilnehmer (auch Wähler oder Stakeholder genannt) können drei verschiedene Rollen spielen: die Stimmabgabe verweigern, über Änderungen der Konsensregeln abstimmen und mithilfe des Politeia-Bewertungssystems über die Governance auf Projektebene abstimmen. Die erste Rolle, „Wahl verweigern“, ist für PoS-Wähler die direkteste Möglichkeit, sich an der Aufrechterhaltung des Konsenses zu beteiligen.
Stimmen Sie im Block ab
Wenn PoW-Miner einen gültigen Block finden, senden sie ihn im Netzwerk. Damit der Block als gültig gilt, muss der Block mindestens 3 der 5 zufällig ausgewählten Stimmen enthalten. PoS-Wähler müssen ihr Portemonnaie offen halten und sich bei der Abstimmung melden (oder sich von einem Wahldienstleister vertreten lassen). Wenn ein bestimmtes POS-Ticket zur Abstimmung und Beantwortung aufgerufen wird, erhält sein Besitzer die Belohnung.
Wenn Tickets aufgerufen werden, stimmen sie über die regulären Transaktionen des vorherigen Blocks ab und entscheiden, ob sie diese akzeptieren oder ablehnen. Knoten im Netzwerk betrachten einen neuen Block erst dann als gültig, wenn er mindestens 3 Stimmen erhält. Sollte sich eine Mehrheit der Tickets weigern, für die Transaktion im vorherigen Block zu stimmen, werden sie in den Mempool zurückgeführt. Diese regulären Transaktionen beinhalten Belohnungen für PoW-Miner, nicht jedoch für PoS-Wähler.
Daher haben PoS-Wähler das Recht, Bergleuten ihre Belohnungen zu entziehen, ohne dass dies Auswirkungen auf ihre eigenen Gewinne hat. Dies schränkt die Macht der PoW-Miner ein und verhindert, dass sie die Netzwerkkonsensregeln manipulieren, über die die Stakeholder abstimmen müssen. Wenn böswilliges oder ineffizientes Verhalten erkannt wird, können PoS-Wähler tatsächlich ein Veto gegen dieses böswillige Verhalten der Miner einlegen, indem sie Stimmen verwenden. Auf diese Weise wird verhindert, dass böswillige PoW-Miner Transaktionen manipulieren und illegale Belohnungen erhalten.
Diese PoS-Verifizierungsschicht kann die Sicherheit des Netzwerks erheblich verbessern und vor den meisten Angriffen schützen. Die bei den meisten Double-Spend-Angriffen verwendete Methode besteht darin, die Blockchain zu überschreiben, indem die bestehende Kette durch privates und heimliches Mining ersetzt wird, sie dann einige Zeit später zu veröffentlichen und die Transaktionen in der „alten“ Kette ungültig zu machen (d. h. sie können eine doppelte Zahlung leisten). ). Da Decred-Blöcke die Eingabe zufällig ausgewählter Tickets erfordern, um als gültig zu gelten, und Blöcke von PoW-Minern nicht erstellt werden können, bis diese Eingabe eingegangen ist, ist es für PoW-Miner unmöglich, heimlich zu schürfen, es sei denn, sie kontrollieren auch die meisten Tickets (siehe Artikel unten). .
Das Design eines hybriden PoW/PoS-Mechanismus kann die Kosten von Netzwerkangriffen erheblich erhöhen, da Angreifer zwei unabhängige Systeme gleichzeitig umgehen müssen. Vor allem, wenn die PoS-Komponente so konfiguriert ist, dass Tickets nur langsam erworben werden. Pro Block kann nur eine begrenzte Anzahl an Tickets erworben werden, und der Kauf einer großen Anzahl an Tickets führt zu einem starken Preisanstieg. Sobald Tickets gekauft werden müssen, werden außerdem die für den Kauf verwendeten Gelder gesperrt, wodurch die Gelder des Angreifers für den Angriff gesperrt und dem Risiko einer Abwertung ausgesetzt werden.
Da zufällig ausgewählte Stakeholder über jeden Block abstimmen, bedeutet dies, dass die Blockchain mit den Knoten geteilt werden muss, an denen alle Teilnehmer schürfen, wodurch die Sicherheit des Netzwerks erhöht wird. Der Hybridmechanismus von Decred ist darauf ausgelegt, Stakeholdern mehr Macht zu bieten als PoW-Minern.
Abstimmung zur Konsensänderung
Decred hat sich von Anfang an dafür entschieden, PoS-Stakeholder zur dominierenden Entscheidungskraft in der Blockchain-Governance zu machen. Das Ändern oder Schreiben von Konsensregeln erfordert einen Genehmigungsaktualisierungsprozess, durch den Netzwerkkonsensregeln nur nach einer Abstimmung geändert werden können. Und Änderungen können nur vorgenommen werden, wenn mindestens 75 % der Stimmen zustimmen. Der Prozess beginnt, wenn ein bestimmter Prozentsatz der Bergleute (95 %) und Wähler (75 %) Upgrade-Software ausführen und mögliche Änderungen an den Regeln vornehmen. Erhält der Änderungsvorschlag nach Ablauf der 4-wöchigen Abstimmungsfrist mehr als 75 % Zustimmung, wird er angenommen, andernfalls wird er abgelehnt, und wenn die Stimmenzahl nicht ausreicht, beginnt die Abstimmung erneut. Wenn der Vorschlag angenommen wird, werden die Änderungen am Konsensmechanismus nach einem Monat aktiviert.
Projektmanagement: Politeia
Die Blockbelohnungen von Decred sind in PoW-Miner-Belohnungen (60 %), PoS-Wählerbelohnungen (30 %) und Treasury (10 %) unterteilt, die zur Finanzierung von Open-Source-Software-Mitwirkenden verwendet werden, die das Projekt entwickeln. Ticketinhaber haben das Recht, darüber abzustimmen, wie dieser Teil der Mittel verwendet werden soll, welche Funktionen hinzugefügt werden sollen, und über die Politeia-Plattform Entscheidungen zu treffen.
Zusammenfassende Gedanken
Da PoS-Wähler 30 % der Blockbelohnungen erhalten, können sie ihren relativen Anteil am DCR-Umlauf nicht einfach durch das Halten bestehender Anteile aufrechterhalten. Der größte Teil des neuen DCR wird durch Mining von PoW-Minern gewonnen, wodurch deren „Irrelevanz“-Problem im PoS-System gemindert wird und auch eine Rolle beim Schutz des Netzwerks gespielt wird. Bergleute müssen den Großteil der Belohnungen, die sie erhalten, verkaufen, um ihre Betriebskosten aufrechtzuerhalten. Daher stellt dieser Ansatz ein angemessenes Angebot an DCR auf dem Markt sicher.
Die Decred-Blockchain stellt ein einzigartiges Architekturmodell dar und ist eines der bekanntesten Beispiele für hybride PoW/PoS-Systeme. Wie bei den bedeutenden Änderungen im PoS-Konsensmechanismus in der Gruppe sind auch zukünftige Projekte, die über den hybriden PoW/PoS-Mechanismus umgesetzt werden, einzigartig und werden nicht unbedingt dem bestehenden Decred-Rahmen folgen.
