Autore: collaboratore decretato, Richard Red
Il meccanismo di consenso della blockchain viene utilizzato per garantire un accordo tra i partecipanti sullo stato attuale della blockchain. Il meccanismo di consenso determina quali nodi possono aggiungere nuovi blocchi di transazioni e uno dei suoi obiettivi principali è garantire che la blockchain non venga riscritta.
Consenso sulla prova di lavoro (POW)
Le blockchain con consenso proof-of-work (come Bitcoin) possono essere create solo dai miner, che distribuiscono hardware e capiscono come risolvere in modo efficiente uno specifico problema matematico. Ogni volta che un minatore completa un'ipotesi valida, la rete blockchain può accettare il blocco che ha costruito. Sebbene i minatori possano scegliere una delle due catene su cui eseguire i calcoli, la rete accetta come legittima solo la catena con il maggior numero di prove di lavoro (ovvero il maggior numero di hash o calcoli). Ciò significa che i minatori sono incentivati a estrarre sulla catena più lunga e quando scoprono un nuovo blocco valido, cercheranno di trovare una soluzione su come costruire sul nuovo blocco.
La difficoltà nel riscrivere la blockchain risiede nel suo ruolo di registro per la registrazione delle transazioni finanziarie. Quando una transazione che invia fondi a un portafoglio appare in un blocco e altri blocchi (confermati) sono stati costruiti sopra quel blocco, non sarà possibile riscrivere il blocco (transazione).
Se un'entità controlla abbastanza potere di hashing per attaccare la "catena reale", può riscrivere (o ricostruire) la blockchain ricostruendo i "vecchi" blocchi per sostituire i blocchi più recenti. Ecco una breve descrizione di questo tipo di attacco, noto anche come attacco del 51%:
L'attaccante deposita prima i fondi sull'exchange, la transazione viene registrata nel blocco X, quindi inizia a costruire da solo un'altra catena parallela (senza trasmettere il blocco alla rete). Quando viene raggiunto il numero richiesto di conferme per l'operazione di deposito, l'aggressore convertirà i token in altre valute e li ritirerà dall'exchange. Quando la transazione di prelievo è completata, l'aggressore rilascia una catena parallela costruita in modo indipendente e, se questa blockchain ha più PoW (blocchi) della catena originale, la rete la accetterà come catena legittima, mentre la blockchain originale ((contenente i dati dell'aggressore) transazione di ricarica) diventerà una versione storica e scomparirà. L'attaccante è quindi libero di utilizzare nuovamente i gettoni.
Poiché i minatori sono le uniche entità che possono aggiungere blocchi direttamente alla blockchain nelle criptovalute simili a PoW, ciò conferisce loro un ruolo importante nella governance. Se le regole di consenso devono essere modificate nella rete blockchain, devono essere supportate dalla maggior parte degli esempi di calcolo dell’hash. Un "soft fork" richiede che un numero sufficiente di minatori identifichi nuovamente le nuove regole di consenso in modo che gli utenti possano effettuare transazioni e aspettarsi che le loro transazioni vengano elaborate correttamente e che i dati delle transazioni siano impacchettati in blocchi. Un "hard fork" dividerà la rete blockchain originale in due parti e la maggior parte dei minatori accetterà che "la catena PoW è la catena corretta" e i minatori avranno il diritto di decidere quale catena è considerata legittima.
Prova del consenso alla partecipazione (POS)
Il consenso Proof of Stake è un altro metodo per decidere quali minatori possono aggiungere nuovi blocchi e verificare lo stato attuale della blockchain. Risolvere il problema attraverso la prova di stake, piuttosto che attraverso la competizione tra miner, determina il prossimo produttore di blocchi attraverso un meccanismo basato sul numero di token (o "stake") nel portafoglio. Il processo di consenso si basa sul principio che coloro che hanno i maggiori interessi prenderanno decisioni responsabili e ragionevoli per l’intera rete.
Il consenso proof-of-stake elimina la necessità di attività minerarie ad alta intensità energetica, ma la mancanza di un dispendio energetico significativo crea un altro problema, a volte chiamato “irrilevanza”. "mining") verranno estratti su entrambe le catene separatamente, poiché il costo di creazione di un'altra catena è molto ridotto, quindi possono guadagnare profitti su entrambe le catene contemporaneamente. Questo è un problema per le reti blockchain, perché lo scopo del meccanismo di consenso è riconoscere solo che esiste una catena legittima e riconoscere solo lo status della catena legittima.
La Proof of Stake presenta altri problemi con la distribuzione dei token. I miner PoW hanno costi elevati (hardware, elettricità) e in genere devono vendere gran parte dei token che estraggono per far fronte a questi costi. Pertanto, molte monete minate possono essere acquistate sul mercato e non vengono accumulate dai minatori. Il costo della contraffazione della Proof-of-Stake è molto basso e non è necessario vendere i token ottenuti per mantenere le operazioni della rete. I grandi stakeholder che partecipano alla prova di partecipazione tendono ad aumentare la loro quota di token in circolazione perché raccolgono grandi quantità di premi e commissioni di transazione dagli utenti della rete. Questo è stato paragonato al feudalesimo, in cui la rete è posseduta e controllata da grandi possessori di token e gli utenti sono tenuti a pagare loro delle tariffe per il loro utilizzo. Nei POS vengono solitamente stabilite alcune restrizioni in modo che gli utenti ordinari non possano partecipare direttamente al consenso della prova di partecipazione.
PoW/PoS ibrido
L'obiettivo di un sistema ibrido proof-of-work e proof-of-stake è quello di combinare i punti di forza di entrambi e bilanciare i reciproci punti deboli. Decred è una delle poche criptovalute che utilizza una combinazione di meccanismi di consenso PoW e PoS e li integra per produrre un meccanismo di consenso ibrido e multifattoriale.
In un certo senso, anche le "monete Masternode" sono meccanismi ibridi in quanto hanno una componente di prova di lavoro riconoscibile che svolge un ruolo simile a Bitcoin, con il ruolo aggiuntivo di un nodo speciale. Questi nodi speciali in genere detengono anche una certa quantità di token come garanzia per dimostrare che ci si può fidare di loro e che sono nel migliore interesse della rete, simile a un meccanismo di prova della posta in gioco. Dash è il token masternode originale e chiama questo modello Proof of Service. Questo articolo si concentra sui componenti con proof-of-stake ibrida, quindi non discuterà la gamma di token tenendo conto dei token masternode o della proof-of-service.
Il componente PoW di Decred è simile ad altri progetti basati su PoW e utilizza la funzione hash Blake-256. La componente PoS di Decred e il modo in cui costruisce una blockchain sono piuttosto unici e meritano ulteriori spiegazioni.
Per partecipare alla prova di partecipazione di Decred, i titolari devono bloccare il proprio DCR e acquistare “biglietti”. Il prezzo dei singoli biglietti è fissato da un meccanismo simile al mercato, con il sistema che mira ad ottenere un certo numero di biglietti (40.960) - se il numero obiettivo viene superato, il prezzo aumenta, se il numero non viene raggiunto il prezzo diminuisce. Quando un utente acquista un biglietto, il DCR che utilizza è bloccato (ovvero, non può spenderlo) e il periodo di blocco dura finché il suo biglietto non viene votato tramite una chiamata di funzione pseudo-casuale o fino alla scadenza, dopo circa 142 giorni. Ciò crea un costo opportunità per il meccanismo PoS, un modo per garantire che gli elettori PoS abbiano una giusta possibilità di partecipare al gioco e agiscano nel migliore interesse della rete.
I partecipanti al PoS (noti anche come elettori o stakeholder) possono svolgere tre ruoli diversi: rifiutarsi di votare, votare sulle modifiche alle regole di consenso e votare sulla governance a livello di progetto utilizzando il sistema di rating Politeia. Il primo ruolo, "rifiutarsi di votare", è il modo più diretto per gli elettori PoS di partecipare al mantenimento del consenso.
Vota in blocco
Quando i minatori PoW trovano un blocco valido, lo trasmettono sulla rete e, affinché il blocco sia considerato valido, deve contenere almeno 3 dei 5 voti selezionati casualmente. Gli elettori PoS sono tenuti a tenere i portafogli aperti e a rispondere (o a farsi rappresentare da un fornitore di servizi di voto) quando vengono chiamati i loro voti. Quando un determinato biglietto POS viene chiamato per votare e rispondere, il suo proprietario riceverà la ricompensa.
Quando i ticket vengono chiamati, votano sulle transazioni regolari del blocco precedente, scegliendo di accettarle o rifiutarle. I nodi sulla rete non considereranno valido un nuovo blocco finché non riceverà almeno 3 voti. Se la maggioranza dei ticket rifiuta di votare per la transazione nel blocco precedente, verranno restituiti al mempool. Queste transazioni regolari includono ricompense per i minatori PoW, ma non per gli elettori PoS.
Pertanto, gli elettori PoS hanno il diritto di privare i minatori delle loro ricompense senza compromettere i propri profitti. Ciò limita il potere dei minatori PoW e impedisce loro di manomettere le regole di consenso della rete, che devono essere votate dalle parti interessate. Infatti, quando viene rilevato un comportamento dannoso o inefficiente, gli elettori PoS possono "porre il veto" a questi comportamenti dannosi dei minatori utilizzando i voti. In questo modo, ai minatori PoW dannosi viene impedito di manomettere le transazioni e ottenere ricompense illegali.
Questo livello di verifica PoS può migliorare significativamente la sicurezza della rete e proteggerla dalla maggior parte degli attacchi. Il metodo comune utilizzato nella maggior parte degli attacchi double-spend è sovrascrivere la blockchain sostituendo la catena esistente con un mining privato e furtivo, quindi pubblicarlo qualche tempo dopo e invalidare le transazioni nella "vecchia" catena (ovvero possono effettuare un doppio pagamento ). Poiché i blocchi Decred richiedono un input di ticket selezionati casualmente per essere considerati validi e i blocchi non possono essere creati dai miner PoW finché non viene ricevuto questo input, è impossibile per i miner PoW eseguire il mining in segreto a meno che non controllino anche la maggior parte dei ticket (vedi articolo sotto) .
La progettazione di un meccanismo ibrido PoW/PoS può aumentare significativamente il costo degli attacchi di rete perché gli aggressori devono aggirare due sistemi indipendenti contemporaneamente. Soprattutto se il componente PoS è configurato per acquisire i biglietti solo lentamente. È possibile acquistare solo un numero limitato di biglietti per blocco e l'acquisto di un numero elevato di biglietti causerà un forte aumento del prezzo. Inoltre, una volta acquistati i biglietti, i fondi utilizzati per acquistarli vengono bloccati, bloccando i fondi dell'aggressore per l'attacco ed esponendoli al rischio di svalutazione.
Avere le parti interessate selezionate in modo casuale votare su ciascun blocco significa che la blockchain deve essere condivisa con i nodi in cui tutti i partecipanti estraggono, migliorando così la sicurezza della rete. Il meccanismo ibrido di Decred è progettato per fornire alle parti interessate potere oltre i minatori PoW.
Votazione di modifica del consenso
Decred ha deciso fin dall'inizio di rendere gli stakeholder PoS la forza decisionale dominante nella governance della blockchain. La modifica o la scrittura delle regole di consenso richiede un processo di aggiornamento dell'approvazione, attraverso il quale le regole di consenso della rete possono essere modificate solo dopo un voto. E le modifiche possono essere apportate solo se almeno il 75% dei voti è d’accordo. Il processo inizia se una certa percentuale di minatori (95%) ed elettori (75%) esegue l’aggiornamento del software e apporta potenziali modifiche alle regole. Se la proposta di emendamento riceve più del 75% di sostegno dopo il periodo di votazione di 4 settimane, viene accettata, altrimenti viene respinta e, se il numero di voti è insufficiente, la votazione ricomincia. Se la proposta viene accettata, le modifiche al meccanismo di consenso verranno attivate dopo un mese.
Gestione del progetto: Politeia
I premi del blocco di Decred sono divisi in premi per i minatori PoW (60%), premi per gli elettori PoS (30%) e Tesoreria (10%), che viene utilizzata per finanziare i contributori di software open source che sviluppano il progetto. I possessori del biglietto hanno il diritto di votare come utilizzare questa parte dei fondi, quali funzionalità aggiungere e prendere decisioni attraverso la piattaforma Politeia.
Pensieri riassuntivi
Poiché gli elettori PoS ricevono il 30% dei premi del blocco, non possono mantenere la loro quota relativa di circolazione DCR semplicemente detenendo quote esistenti. La maggior parte del nuovo DCR viene ottenuto estraendo dai minatori PoW, mitigando così il loro problema di "irrilevanza" nel sistema PoS e svolgendo anche il loro ruolo nella protezione della rete. I minatori devono vendere la maggior parte dei premi che ricevono per mantenere i costi operativi, quindi questo approccio garantisce una fornitura ragionevole di DCR sul mercato.
La blockchain Decred presenta un modello architettonico unico ed è uno degli esempi più noti di sistemi ibridi PoW/PoS. Come per i cambiamenti significativi nel meccanismo di consenso PoS nel gruppo, anche i progetti futuri implementati attraverso il meccanismo ibrido PoW/PoS sono unici e non seguiranno necessariamente il quadro Decred esistente.
