Węzeł (węzeł) to punkt w sieci blockchain, którego główną funkcją jest dystrybucja danych pomiędzy innymi węzłami. Jest to konieczne, aby móc przesyłać informacje w obrębie blockchainu przy jednoczesnym zachowaniu efektu decentralizacji. Węzeł może być ogniwem pośrednim lub ostatecznym odbiorcą danych.

Cechy techniczne węzłów

Węzeł to komputer (serwer) z zainstalowanym portfelem kryptowalut, który jest synchronizowany z innymi podobnymi komputerami. Połączenie takich węzłów tworzy łańcuch bloków. Wykorzystanie takiej sieci umożliwia szybką dystrybucję dużych strumieni danych.

Działanie węzła zapewnia moc serwera. Nadaje się do tego każde urządzenie, które może przesyłać informacje przez Internet. Do obsługi węzła wymagane jest również specjalne oprogramowanie.

W większości przypadków węzeł służy do realizacji 3 zadań:

  • Przechowuj i rozpowszechniaj pomiędzy węzłami informacje o transakcjach i ilości środków w portfelach uczestników sieci.

  • Monitoruj wdrażanie reguł sieciowych (PoS, algorytm konsensusu PoW itp.).

  • Wspomagają działanie rozproszonych rejestrów, które przechowują informacje o transakcjach przez cały okres istnienia sieci.

Węzły nie mogą działać bez połączenia z Internetem. Urządzenie pamięci masowej offline również nie jest w stanie pełnić funkcji węzła. Ale staje się pełnoprawnym węzłem, jeśli jest podłączony do Internetu.

Dlaczego węzły są potrzebne?

Aby zapewnić stabilne działanie blockchainu, potrzebna jest sieć serwerów, które są ze sobą zsynchronizowane. Główną wartością takiej sieci jest zapewnienie efektu decentralizacji bez utraty szybkości interakcji tablic informacyjnych.

Biorąc pod uwagę, że węzły komputerowe znajdują się w różnych krajach i miastach, nawet zablokowanie Internetu w danym regionie nie spowoduje zablokowania blockchainu. Jeśli jednak wszystkie węzły zostaną skoncentrowane w rękach jednej grupy ludzi, wówczas będą oni w stanie całkowicie kontrolować sieć, co może prowadzić do ograniczenia efektu decentralizacji.

Jednocześnie decentralizacja jest jedną z kluczowych zalet kryptowalut. Aby to zapewnić i uzyskać efekt dystrybucji danych, blockchain wykorzystuje wiele nieistotnych węzłów. Nie uczestniczą w wydobywaniu, ale przechowują całą historię transakcji. Uniemożliwia to jednej ograniczonej grupie osób przejęcie kontroli nad rozproszoną księgą.

Użytkownicy, którzy udostępnili swoją moc obliczeniową w celu zapewnienia działania blockchainu, otrzymują za to nagrodę. W ten sposób projekt motywuje ludzi do podłączania komputerów do sieci rozproszonej.

Rodzaje węzłów

Węzły Blockchain różnią się funkcją i przeznaczeniem. Wśród nich istnieje kilka standardowych typów, które występują w wielu blockchainach. Istnieją również dodatkowe modele węzłów stosowane w poszczególnych sieciach z rozszerzoną funkcjonalnością.

Pełne węzły

Jest to pierwsza wersja węzła, który został pierwotnie stworzony do obsługi Bitcoina. Pełne węzły stanowią podstawę łańcucha bloków i biorą udział w realizacji transakcji.

Węzeł taki zawiera wszystkie informacje o transakcjach i blokach od momentu uruchomienia sieci do chwili obecnej. Kiedy jeden użytkownik przesyła monety, operacja ta jest „widziana” przez wszystkie węzły i zapisana w ich historii.

Na jednym blockchainie może jednocześnie działać dziesiątki tysięcy pełnych węzłów. Wszyscy stale wymieniają między sobą informacje. Do przetworzenia tak dużego strumienia danych wymagana jest wystarczająca moc obliczeniowa.

Jeśli użytkownik po raz pierwszy instaluje na swoim komputerze pełny węzeł, należy go zsynchronizować, czyli pobrać cały blockchain. W przypadku niektórych blockchainów zajmuje to całkiem sporo pamięci. Na przykład rozmiar łańcucha bloków Bitcoin w listopadzie 2022 r. wynosił 438 GB, a synchronizacja może zająć kilka tygodni.

Jeśli węzeł zostanie na jakiś czas odłączony od sieci, to po podłączeniu musi dokonać ponownej synchronizacji, czyli pobrać wszystkie informacje, które wygenerowały w okresie jego nieobecności.

Pełne węzły mają pewien zestaw opcji, które odróżniają je od innych typów węzłów w sieci. Jedną z najważniejszych funkcji jest weryfikacja podpisów (kluczy) w celu potwierdzenia transakcji i blokad. W przypadku wykrycia błędu węzeł może odrzucić operację. Powody mogą być różne: nieprawidłowe formatowanie, błędy algorytmów, powielanie, manipulowanie rekordami itp.

Użytkownicy posiadający pełny węzeł sieci mogą samodzielnie sprawdzać przychodzące transfery. Jeśli chcą, mają także możliwość wzięcia udziału w górnictwie i otrzymania za to nagrody.

Węzły świetlne

Węzły lekkie nie zawierają pełnych informacji o blockchainie. Taki węzeł przechowuje jedynie zapis bloku, z którym jest połączony. W większości przypadków takie węzły nie działają w sposób ciągły.

Zwykle lekki węzeł to oprogramowanie, które łączy się z pełnym węzłem i przekazuje z niego informacje do komputera użytkownika - na przykład informacje o saldzie konta, transakcjach przychodzących i wychodzących. W rzeczywistości węzeł lekki wykorzystuje węzeł pełny jako most umożliwiający dostęp do łańcucha bloków.

Lekki węzeł posiada niezbędny zestaw funkcji do korzystania z kryptowaluty, bez konieczności posiadania dużej mocy obliczeniowej czy pamięci. Dzięki temu można go uruchomić nawet na urządzeniu mobilnym. Zazwyczaj synchronizacja zajmuje kilka sekund.

Przycięte pełne węzły

Taki węzeł pobiera cały blockchain i synchronizuje go dopiero przy pierwszym uruchomieniu. Następnie automatycznie ładuje nowe bloki i usuwa stare, gdy zostanie osiągnięta określona ilość pamięci. Zazwyczaj użytkownik może ustawić w ustawieniach rozmiar węzła, na przykład 10 GB.

Węzły wydobywcze

Węzeł wydobywczy bierze udział w procesie wydobywania kryptowalut i jest wykorzystywany wyłącznie w blockchainach opartych na algorytmie Proof of Work. Może być pełny lub lekki.

Aby uruchomić taki węzeł, użytkownik musi posiadać wydajny sprzęt obliczeniowy:

  • Centralna jednostka przetwarzania (CPU);

  • procesor graficzny (GPU);

  • układ scalony specyficzny dla aplikacji (ASIC).

Będziesz także musiał zainstalować specjalne oprogramowanie.

Zatem w procesie wydobywania Bitcoina konieczne jest rozwiązywanie złożonych problemów matematycznych. W wyniku takich obliczeń górnik znajduje unikalną wartość kodu – hash, który służy jako dowód wykonanej pracy.

Następnie górnik wysyła znaleziony hash do innych węzłów, które muszą sprawdzić go pod kątem zgodności z zadaniem. Jeśli weryfikacja przebiegnie pomyślnie, górnik może dodać nowy blok i otrzymać za to nagrodę.

Tyczenie węzłów

Jest to analogia węzłów wydobywczych, która jest wykorzystywana w blockchainach z algorytmem Proof of Stake. Taki węzeł jest także potrzebny do walidacji transakcji i dodawania nowych bloków, może być też pełny lub lekki.

W tym przypadku nagroda nie jest przyznawana za obliczenia matematyczne, ale za przechowywanie określonej ilości monet na koncie. W związku z tym, aby uruchomić węzeł tyczenia, nie trzeba kupować drogiego sprzętu. Wystarczy odpowiednio skonfigurować oprogramowanie i doładować konto.

Masternody

Masternode jest odpowiednikiem pełnego węzła: przechowuje również wszystkie informacje z blockchainu i jest z nim synchronizowany, ale ma także dodatkowe funkcje. Są potrzebne, aby zapewnić anonimowość poprzez dzielenie transakcji i przesyłanie ich pomiędzy portfelami.

Właściciel pełnego węzła może otrzymać masternode, jeśli spełni niezbędne warunki blockchainu. Zazwyczaj głównym wymaganiem jest uzupełnienie i trzymanie określonej liczby monet na koncie. Konieczne jest także wykonanie specjalnych ustawień serwera (są one różne dla różnych kryptowalut).

Kiedy użytkownik dokonuje anonimowej transakcji, jego monety są „tasowane” w masternodach. Proces ten może obejmować różną liczbę węzłów, które są rozproszone po całym świecie i wybrane losowo. Liczba rund mieszania również jest różna – można ją ustawić ręcznie lub automatycznie. W rezultacie niemożliwe staje się prześledzenie połączenia pomiędzy nadawcą a odbiorcą.

Masternody mogą działać w oparciu o algorytm Proof of Stake lub hybrydowy konsensus PoW/PoS. Aby zachęcić użytkowników do tworzenia masternodów i zarządzania nimi, system przyznaje im część prowizji górniczej. Wielkość nagrody również różni się w zależności od różnych łańcuchów bloków.

Typ masternodu działający w łańcuchu bloków NEM (XEM) nazywany jest superwęzłem.

Węzły piorunowe

Lightning Network (LN) to dodatek drugiej warstwy do blockchainu Bitcoin, który jest siecią kanałów płatności użytkowników. System ten wykorzystuje specjalne ultraszybkie węzły, które synchronizują się między sobą oraz z głównym blockchainem.

Węzły Lightning weryfikują tylko transakcje, które są z nimi bezpośrednio powiązane (w przeciwieństwie do węzłów standardowych, które weryfikują wszystkie transakcje w łańcuchu bloków). Dzięki tej funkcji osiągana jest maksymalna prędkość przetwarzania transakcji.

Walidatory i wyrocznie

Są to dodatkowe funkcje, jakie może posiadać węzeł w sieci zdecentralizowanej:

  • Węzeł walidatora to urządzenie weryfikujące i zatwierdzające transakcje. Takie węzły mogą działać przy użyciu różnych algorytmów w zależności od charakterystyki blockchainu.

  • Wyrocznia to węzeł przesyłający informacje z systemów zewnętrznych do łańcucha bloków. Przykładem takich danych może być aktualny koszt walut dla usługi wymiany działającej na blockchainie.

Do przekształcenia informacji w formę zrozumiałą dla inteligentnego kontraktu potrzebny jest skrypt Oracle. Następnie walidator sprawdza dane z Oracle wraz ze wszystkimi innymi informacjami w łańcuchu bloków.

W tym przypadku sygnał z jednej wyroczni jest weryfikowany przez dużą liczbę walidatorów, co zwiększa ogólne bezpieczeństwo sieci.

Forki i zmiany w funkcjach węzłów

Każdy projekt kryptowalutowy może być okresowo aktualizowany. Aby aktualizacje zaczęły obowiązywać w całej sieci, wszystkie węzły muszą je zaakceptować. Czasami w społeczności programistów i walidatorów mogą wystąpić nieporozumienia dotyczące wdrożenia niektórych aktualizacji, gdy jedna część węzłów może je zaakceptować, a inne mogą je odrzucić. Proces wprowadzania zmian nazywany jest widelcem.

Istnieją dwa rodzaje wideł:

  • Soft fork to miękka zmiana i ulepszenie, które nie jest sprzeczne z podstawowymi ustawieniami blockchaina. Aby je zaakceptować, właściciel węzła musi zaktualizować oprogramowanie. Jeśli tylko część węzłów zaakceptuje tę aktualizację, system będzie nadal działał stabilnie.

  • Hard fork wiąże się ze znaczącymi zmianami w łańcuchu bloków. W wyniku takiego zdarzenia typy węzłów sieci mogą się całkowicie zmienić. Przykładowo we wrześniu 2022 roku kryptowaluta Ethereum przeszła z algorytmu POS na POW. W rezultacie zniknęły węzły wydobywcze i pojawiły się węzły tyczące z funkcjami walidatora.

Jeśli w społeczności nie ma zgody co do tego, czy zaakceptować hard fork, sieć dzieli się na dwa niekompatybilne łańcuchy bloków. Jeden z nich zachowuje ustawienia podstawowe, a drugi przełącza się na nowe.