Autor: Decred współpracownik, Richard Red
Mechanizm konsensusu łańcucha bloków służy do zapewnienia porozumienia między uczestnikami co do bieżącego stanu łańcucha bloków. Mechanizm konsensusu określa, które węzły mogą dodawać nowe bloki transakcji, a jednym z jego głównych celów jest zapewnienie, że łańcuch bloków nie zostanie przepisany.
Dowód konsensusu pracowniczego (POW)
Łańcuchy bloków z konsensusem dotyczącym dowodu pracy (takie jak Bitcoin) mogą być tworzone wyłącznie przez górników, którzy wdrażają sprzęt i zastanawiają się, jak skutecznie rozwiązać konkretny problem matematyczny. Za każdym razem, gdy górnik dokona prawidłowego odgadnięcia, sieć blockchain może zaakceptować skonstruowany przez siebie blok. Chociaż górnicy mogą wybrać dowolny łańcuch, na którym będą wykonywać obliczenia, sieć akceptuje tylko łańcuch z największą liczbą dowodów pracy (tj. największą liczbą skrótów lub obliczeń) jako prawidłowy. Oznacza to, że górnicy są zachęcani do wydobywania w najdłuższym łańcuchu, a gdy odkryją nowy, ważny blok, będą starali się znaleźć rozwiązanie, w jaki sposób budować na nowym bloku.
Trudność w przepisaniu blockchainu polega na jego roli jako księgi rejestrującej transakcje finansowe. Gdy w bloku pojawi się transakcja wysyłająca środki do portfela, a na nim zbudowane zostaną inne bloki (potwierdzone), przepisanie bloku (transakcji) nie będzie możliwe.
Jeśli podmiot kontroluje wystarczającą moc mieszania, aby zaatakować „prawdziwy łańcuch”, może przepisać (lub zrekonstruować) łańcuch bloków, odbudowując „stare” bloki w celu zastąpienia najnowszych bloków. Oto krótki opis tego typu ataku, znanego również jako atak 51%:
Atakujący najpierw wpłaca środki na giełdę, transakcja zostaje odnotowana w bloku X, a następnie atakujący przystępuje samodzielnie (bez rozgłaszania bloku do sieci) budowania kolejnego łańcucha równoległego. Po osiągnięciu wymaganej liczby potwierdzeń transakcji depozytowej atakujący zamieni tokeny na inne waluty i wycofa je z giełdy. Po zakończeniu transakcji wypłaty atakujący uwalnia niezależnie skonstruowany łańcuch równoległy i jeśli ten łańcuch bloków ma więcej PoW (bloków) niż łańcuch oryginalny, sieć zaakceptuje go jako legalny łańcuch, podczas gdy oryginalny łańcuch bloków ((zawierający transakcja doładowania) staną się wersją historyczną i znikną. Atakujący może wtedy ponownie użyć tokenów.
Ponieważ górnicy są jedynymi podmiotami, które mogą dodawać bloki bezpośrednio do blockchainu w kryptowalutach typu PoW, daje im to ważną rolę w zarządzaniu. Jeśli zasady konsensusu wymagają modyfikacji w sieci blockchain, muszą być poparte większością przykładów obliczeń skrótu. „Miękki fork” wymaga, aby wystarczająca liczba górników ponownie zidentyfikowała nowe zasady konsensusu, aby użytkownicy mogli przeprowadzać transakcje i oczekiwać, że ich transakcje zostaną poprawnie przetworzone, a dane transakcyjne spakowane w bloki. „Hard fork” podzieli pierwotną sieć blockchain na dwie części, a większość górników akceptuje, że „łańcuch z PoW pracy jest właściwym łańcuchem”, a górnicy będą mieli prawo zdecydować, który łańcuch zostanie uznany za legalny.
Dowód konsensusu dotyczącego stawek (POS)
Konsensus dowodu stawki to kolejna metoda decydowania, którzy górnicy mogą dodawać nowe bloki i weryfikować bieżący stan łańcucha bloków. Rozwiązanie problemu poprzez dowód stawki, a nie konkurencję między górnikami, określa kolejnego producenta bloków za pomocą pewnego mechanizmu opartego na liczbie tokenów (lub „stawek”) w portfelu. Proces konsensusu opiera się na zasadzie, że ci, którzy mają najwięcej interesów, będą podejmować odpowiedzialne i rozsądne decyzje dla całej sieci.
Konsensus dotyczący dowodu stawki eliminuje potrzebę energochłonnych działań wydobywczych, ale brak znacznych wydatków na energię stwarza inny problem, czasami nazywany „nieistotnością”. „mining”) będą wydobywane na obu łańcuchach oddzielnie, ponieważ koszt utworzenia kolejnego łańcucha jest bardzo mały, więc mogą zarabiać na obu łańcuchach jednocześnie. Stanowi to problem dla sieci blockchain, ponieważ celem mechanizmu konsensusu jest jedynie rozpoznanie, że istnieje jeden legalny łańcuch i rozpoznanie jedynie statusu legalnego łańcucha.
Dowód stawki ma inne problemy z dystrybucją tokenów. Górnicy PoW ponoszą wysokie koszty (sprzęt, prąd) i zazwyczaj muszą sprzedać dużą część wydobywanych tokenów, aby pokryć te koszty. Dlatego wiele wydobywanych monet można kupić na rynku i nie są one gromadzone przez górników. Koszt podrabiania dowodu stawki jest bardzo niski i nie muszą sprzedawać uzyskanych tokenów, aby utrzymać działanie sieci. Duzi udziałowcy, którzy uczestniczą w dowód stawki, zwykle zwiększają swój udział tokenów w obiegu, ponieważ zbierają duże ilości nagród i opłat transakcyjnych od użytkowników sieci. Można to porównać do feudalizmu, w którym sieć jest własnością dużych posiadaczy tokenów i jest przez nich kontrolowana, a użytkownicy są zobowiązani do uiszczania opłat za korzystanie z nich. W POS zwykle ustala się pewne ograniczenia, aby zwykli użytkownicy nie mogli bezpośrednio uczestniczyć w konsensusie dotyczącym dowodu stawki.
Hybrydowy PoW/PoS
Celem hybrydowego systemu proof-of-work i proof-of-stake jest połączenie mocnych stron obu rozwiązań i wzajemne zrównoważenie słabych stron. Decred jest jedną z niewielu kryptowalut, która wykorzystuje mieszankę mechanizmów konsensusu PoW i PoS i integruje je w celu stworzenia wieloczynnikowego i hybrydowego mechanizmu konsensusu.
W pewnym sensie „monety Masternode” są także mechanizmami hybrydowymi w tym sensie, że posiadają rozpoznawalny komponent typu proof-of-work, który pełni podobną rolę do Bitcoina, z dodatkową rolą specjalnego węzła. Te specjalne węzły zazwyczaj przechowują także pewną liczbę tokenów jako zabezpieczenie, aby udowodnić, że można im ufać i że leżą w najlepszym interesie sieci, podobnie jak w przypadku mechanizmu dowodu stawki. Dash jest oryginalnym tokenem masternodu i nazywa ten model Proof of Service. Artykuł ten skupia się na komponentach z hybrydowym dowodem stawki, dlatego nie będzie omawiał zakresu tokenów uwzględniających tokeny masternode czy dowód usługi.
Komponent PoW firmy Decred jest podobny do innych projektów opartych na PoW i wykorzystuje funkcję skrótu Blake-256. Komponent PoS Decred i sposób, w jaki buduje łańcuch bloków, jest dość wyjątkowy i zasługuje na dalsze wyjaśnienia.
Aby wziąć udział w potwierdzeniu stawki Decred, posiadacze muszą zamknąć swój DCR i kupić „bilety”. Cena poszczególnych biletów ustalana jest poprzez mechanizm rynkowy, którego celem jest uzyskanie określonej liczby biletów (40 960) – w przypadku przekroczenia docelowej liczby cena wzrasta, w przypadku nieosiągnięcia tej liczby cena maleje. Kiedy użytkownik kupuje bilet, DCR, którego używa, zostaje zablokowany (tj. nie może go wydać), a okres blokady trwa do momentu głosowania na jego biletu przez pseudolosowe wywołanie funkcji lub do jego wygaśnięcia po około 142 dniach. Stwarza to koszt alternatywny dla mechanizmu PoS, sposób na zapewnienie wyborcom PoS uczciwej szansy na grę i działanie w najlepszym interesie sieci.
Uczestnicy PoS (znani również jako wyborcy lub interesariusze) mogą odgrywać trzy różne role: odmówić głosowania, głosować nad zmianami zasad konsensusu i głosować nad zarządzaniem na poziomie projektu przy użyciu systemu ocen Politeia. Pierwsza rola, „odmowa głosowania”, to najbardziej bezpośredni sposób, w jaki wyborcy PoS mogą uczestniczyć w utrzymaniu konsensusu.
Głosuj w bloku
Kiedy górnicy PoW znajdą ważny blok, rozgłaszają go w sieci i aby blok został uznany za ważny, musi zawierać co najmniej 3 z 5 losowo wybranych głosów. Wyborcy PoS mają obowiązek mieć otwarte portfele i muszą odpowiedzieć (lub poprosić o reprezentowanie ich przez dostawcę usług głosowania), gdy zostanie zarządzone ich głosowanie. Kiedy określony bilet POS zostanie wezwany do głosowania i udzielenia odpowiedzi, jego właściciel otrzyma nagrodę.
Kiedy bilety są wywoływane, głosują nad zwykłymi transakcjami z poprzedniego bloku, decydując się na ich akceptację lub odrzucenie. Węzły w sieci nie uznają nowego bloku za ważny, dopóki nie uzyska on co najmniej 3 głosów. Jeżeli większość biletów odmówi głosowania za transakcją w poprzednim bloku, zostaną one zwrócone do pamięci. Te regularne transakcje obejmują nagrody dla górników PoW, ale nie dla wyborców PoS.
Dlatego wyborcy PoS mają prawo pozbawić górników ich nagród bez wpływu na ich własne zyski. Ogranicza to władzę górników PoW i uniemożliwia im manipulowanie zasadami konsensusu sieciowego, nad którymi muszą głosować zainteresowane strony. W rzeczywistości, w przypadku wykrycia złośliwego lub nieefektywnego zachowania, wyborcy PoS mogą „zawetować” te złośliwe zachowania górników, używając głosów. W ten sposób złośliwi górnicy PoW nie mogą manipulować transakcjami i zdobywać nielegalnych nagród.
Ta warstwa weryfikacji PoS może znacznie poprawić bezpieczeństwo sieci i chronić przed większością ataków. Powszechną metodą stosowaną w większości ataków typu double-spend jest nadpisanie łańcucha bloków poprzez zastąpienie istniejącego łańcucha prywatnym i ukrytym wydobywaniem, a następnie opublikowanie go jakiś czas później i unieważnienie transakcji w „starym” łańcuchu (tj. mogą dokonać podwójnej płatności ). Ponieważ bloki Decred wymagają wprowadzenia losowo wybranych biletów, aby zostały uznane za ważne, a górnicy PoW nie mogą budować bloków, dopóki nie otrzymają tych danych wejściowych, górnicy PoW nie mogą wydobywać w tajemnicy, chyba że kontrolują również większość biletów (patrz artykuł poniżej) .
Konstrukcja hybrydowego mechanizmu PoW/PoS może znacznie zwiększyć koszty ataków sieciowych, ponieważ napastnicy muszą ominąć dwa niezależne systemy jednocześnie. Zwłaszcza jeśli komponent PoS jest skonfigurowany tak, aby powoli nabywać bilety. W jednym bloku można kupić tylko ograniczoną liczbę biletów, a zakup dużej liczby biletów spowoduje gwałtowny wzrost ceny. Dodatkowo, gdy zajdzie potrzeba zakupu biletów, środki użyte do ich zakupu zostają zablokowane, blokując środki atakującego na potrzeby ataku i narażając je na ryzyko dewaluacji.
Posiadanie losowo wybranych interesariuszy do głosowania nad każdym blokiem oznacza, że blockchain musi być współdzielony z węzłami, w których wszyscy uczestnicy korzystają z zasobów, co zwiększa bezpieczeństwo sieci. Hybrydowy mechanizm Decred został zaprojektowany, aby zapewnić zainteresowanym stronom moc wykraczającą poza górniki PoW.
Głosowanie w sprawie zmiany konsensusu
Decred od początku zdecydował, że interesariusze PoS będą dominującą siłą decyzyjną w zarządzaniu blockchainem. Modyfikowanie lub pisanie reguł konsensusu wymaga procesu uaktualniania zatwierdzenia, w ramach którego reguły konsensusu sieciowego można modyfikować dopiero po głosowaniu. A zmiany można wprowadzić tylko wtedy, gdy zgodzi się na to co najmniej 75% głosów. Proces rozpoczyna się, jeśli określony procent górników (95%) i wyborców (75%) korzysta z aktualizacji oprogramowania i wprowadza potencjalne zmiany w zasadach. Jeżeli po 4 tygodniach głosowania propozycja zmiany uzyska więcej niż 75% poparcia, zostaje przyjęta, w przeciwnym razie zostaje odrzucona, a w przypadku niewystarczającej liczby głosów głosowanie rozpoczyna się od nowa. Jeżeli propozycja zostanie przyjęta, zmiany w mechanizmie konsensusu zostaną uruchomione po miesiącu.
Zarządzanie projektem: Politeia
Nagrody za bloki Decred dzielą się na nagrody dla górników PoW (60%), nagrody dla wyborców PoS (30%) i nagrody skarbowe (10%), które są wykorzystywane do finansowania autorów oprogramowania open source, którzy rozwijają projekt. Posiadacze biletów mają prawo głosować, w jaki sposób wykorzystać tę część środków, jakie funkcjonalności dodać oraz podejmować decyzje za pośrednictwem platformy Politeia.
Podsumowanie przemyśleń
Ponieważ wyborcy PoS otrzymują 30% nagród za bloki, nie mogą utrzymać swojego względnego udziału w obiegu DCR po prostu utrzymując istniejące stawki. Większość nowego DCR jest uzyskiwana poprzez wydobycie od górników PoW, łagodząc w ten sposób ich problem „nieistotności” w systemie PoS, a także odgrywając swoją rolę w ochronie sieci. Górnicy muszą sprzedać większość otrzymywanych nagród, aby utrzymać koszty operacyjne, więc takie podejście zapewnia rozsądną podaż DCR na rynku.
Blockchain Decred prezentuje unikalny model architektoniczny i jest jednym z najbardziej znanych przykładów hybrydowych systemów PoW/PoS. Podobnie jak w przypadku znaczących zmian w mechanizmie konsensusu PoS w grupie, przyszłe projekty wdrażane za pośrednictwem hybrydowego mechanizmu PoW/PoS również będą wyjątkowe i niekoniecznie będą zgodne z istniejącymi ramami Decred.
