Эта статья была написана участником Decred Ричардом Редом.
Механизм консенсуса блокчейна гарантирует, что участники согласны с текущим состоянием блокчейна. Механизм консенсуса определяет, кто может добавлять новые блоки транзакций, и одна из его основных целей — гарантировать, что цепочка не будет перезаписана.
Консенсус «Доказательство работы» (PoW)
Блокчейны, основанные на чистом консенсусе Proof of Work (например, Биткойн), могут быть созданы только майнерами, которые используют оборудование, которое эффективно угадывает ответ на математическую задачу. Каждый раз, когда майнер делает действительное предложение, он может добавить блок, который будет принят сетью. Хотя майнеры могут выбирать любую цепочку, сеть будет принимать в качестве законного канала только ту цепочку, которая накопила наибольшее количество доказательств работы (т. е. наибольшее количество хэшей или предположений). Это означает, что майнеры заинтересованы в добыче самой длинной цепочки, и когда они увидят появление нового действующего блока, они попытаются найти решение, которое позволит им построить цепочку из этого нового блока.
Сложность переписывания блокчейна позволяет ему функционировать как реестр финансовых транзакций. Когда транзакция появляется в блоке и отправляет монеты в кошелек, а над этим блоком (подтверждениями) добыто несколько блоков, становится маловероятно, что блок (и, следовательно, транзакция) будет перезаписан.
Если организация контролирует достаточную мощность хеширования, чтобы превысить «честную цепочку», она может переписать (или реорганизовать) блокчейн, добыв «старый» блок вместо последнего блока. Здесь вы найдете упрощенное описание этого типа атаки, также называемой атакой 51%:
Злоумышленник тратит через блокировку При превышении необходимого количества подтверждений злоумышленник обменивает монеты на что-то другое и удаляет их с обмена. Когда удаление эффективно, они освобождают параллельную цепочку, и, если она содержит больше блоков (PoW), чем исходная цепочка, сеть примет ее как законную цепочку и версию истории, представленную оригиналом цепочки (включая репозиторий злоумышленника). ) исчезнет. Затем злоумышленник может снова потратить эти монеты.
Поскольку майнеры являются единственными организациями, которые могут напрямую добавлять блоки в цепочку криптовалют типа PoW, это дает им важную роль в управлении. Чтобы любое изменение в правилах консенсуса сети было принято, оно должно быть поддержано большинством вычислительных мощностей. Для софт-форков требуется достаточное количество майнеров, которые распознают новый набор правил, чтобы пользователи могли совершать транзакции и ожидать, что их транзакции будут обработаны правильно и включены в блоки. «Хардфорки» разделят сеть на две части, и, согласно общепринятому правилу, «цепочка с наибольшим количеством доказательств работы (PoW) является хорошей цепочкой, которой стоит следовать», именно тогда майнеры решат, какая из них . считается законным.
Доказательство доли (PoS)
Доказательство консенсуса — это альтернативный метод принятия решения о том, кто может добавлять новые блоки, и проверки текущего состояния блокчейна. Вместо того, чтобы майнеры конкурировали за решение проблемы, с доказательством доли производитель следующего блока определяется процессом, основанным на количестве монет (или монет), хранящихся в кошельках (или «заложенных в ставку»). Этот процесс предполагает, что те, у кого больше всего интересов, будут принимать ответственные решения для всей сети.
Консенсус с доказательством доли (или доли) устраняет необходимость в энергоемком майнинге, но отсутствие значительных затрат энергии создает еще одну проблему, которую иногда называют «отсутствие доли». В случае, если цепочка была «разветвлена» (форкированная цепочка на английском языке), PoS-форгеры («форжинг» обычно используется вместо термина «майнинг») стимулируются для использования обеих цепочек, поскольку их майнинг обходится очень дешево. дополнительную цепочку, и они смогут получать вознаграждения в обеих цепочках. Это проблема для сети, поскольку предполагается, что должна быть только одна цепочка, и согласование состояния этой единой цепочки — это весь смысл механизма консенсуса.
Доказательство доли создает дополнительную проблему, когда дело доходит до распределения токенов. PoW-майнеры имеют значительные затраты (оборудование, электричество) и обычно вынуждены продавать значительную часть добытых монет, чтобы покрыть эти затраты. В результате многие добытые монеты доступны для покупки на рынке, а не хранятся у майнеров. У фальсификаторов Proof of Stake очень низкие эксплуатационные расходы, и поэтому им не приходится продавать монеты, которые они получают для поддержания сети. Таким образом, крупные держатели, которые участвуют в Proof of Stake, склонны увеличивать свою долю в общем количестве монет в обращении, поскольку они получают вознаграждение за блок и комиссию за транзакции от пользователей сети. Это даже сравнивают с феодализмом, поскольку сеть фактически принадлежит и управляется держателями монет, а пользователи платят им арендную плату за ее использование. Обычно существует предел, ниже которого невозможно напрямую участвовать в Proof of Stake.
Гибрид PoW/PoS
Таким образом, цель гибридных систем Proof of Work (PoW) и Proof of Stake (PoS) — объединить преимущества каждого соответствующего подхода и использовать их для уравновешивания недостатков каждого. Decred — одна из немногих криптовалют, которая использует PoW и PoS в узнаваемых формах и объединяет их для создания многофакторного или гибридного механизма консенсуса.
Монеты мастернод в некотором смысле также являются гибридами, поскольку они имеют узнаваемый компонент Proof of Work, который выполняет аналогичную роль в случае с Биткойном и дополнительную роль для специальных узлов. Обычно этим специальным узлам необходимо держать определенное количество рассматриваемой валюты в качестве залога, чтобы продемонстрировать, что им можно доверять в том, что они будут действовать в интересах сети, что аналогично логике доказательства участие. Dash — это монета, лежащая в основе концепции мастерноды, и описывает эту модель как Proof of Service. В этой статье основное внимание уделяется гибридам с компонентом Proof of Stake и не рассматривается множество монет, имитирующих мастерноды или Proof of Service.
Компонент PoW Decred работает аналогично другим проектам на основе Proof of Work и использует хеш-функцию Blake-256. PoS-компонент Decred и то, как он реализован в цепочке, совершенно уникален и заслуживает объяснения.
Чтобы принять участие в Proof of Stake от Decred, держатели должны заблокировать свои DCR на определенное время для приобретения «билетов». Цена отдельного билета устанавливается с помощью рыночного механизма, при этом система нацелена на определенное количество живых билетов (40 960) - если их больше целевого числа, цена увеличивается, если она ниже, она падает. Когда человек покупает билет, используемый DCR блокируется (т. е. он не может его потратить) до тех пор, пока его билет не будет псевдослучайным образом разыгран для голосования или пока его срок не истечет примерно через 142 дня. Это приводит к альтернативным издержкам для PoS, призванным гарантировать, что те, кто голосует за PoS, действительно вовлечены и действуют в лучших интересах сети.
Участники PoS (также называемые избирателями, избирателями или акционерами) выполняют три различные роли: голосование по блоку, голосование по изменениям в правилах консенсуса и голосование по управлению на общем уровне проекта в рамках системы предложений Politeia. Первый тип голосования, «блочное голосование», — это способ, с помощью которого избиратели Proof of Stake (PoS) наиболее конкретно участвуют в поддержании консенсуса.
Блоковое голосование
Когда майнер PoW (основанный на доказательстве работы) находит действительный блок, он передает его в сеть. Однако, чтобы этот блок считался действительным, он должен включать голоса как минимум 3 из 5 случайно выбранных билетов. Избиратели Proof of Stake (PoS) в это время держат свои кошельки открытыми и готовы ответить голосами, когда их билеты будут востребованы (или они нанимают поставщиков услуг голосования, чтобы сделать это от их имени). Когда билет PoS вызывается для голосования и отвечает, его владелец получает вознаграждение.
При вызове билетов они голосуют за принятие или отклонение обычных транзакций из предыдущего блока. Узлы сети не признают новый блок действительным, пока он не наберет хотя бы 3 голоса. Если большинство заявок, вызванных для голосования, отклоняют транзакции из предыдущего блока, они затем возвращаются в мемпул. Эти регулярные транзакции включают вознаграждение майнера PoW, но не вознаграждение избирателя PoS.
Таким образом, избиратели PoS имеют право снимать вознаграждения майнеров, не затрагивая при этом свои собственные вознаграждения. Это ограничивает право PoW-майнеров накладывать вето на изменения в правилах консенсуса сети, за которые голосуют все заинтересованные стороны. В действительности, избиратели PoS могут отвергнуть любой тип поведения майнеров, который им не нравится, приняв политику голосования «нет» при обнаружении злонамеренного или неэффективного поведения, что не позволяет плохим майнерам PoW записывать транзакции и получать вознаграждения.
Этот уровень проверки PoS значительно повышает безопасность и устойчивость сети к большинству атак. Обычный метод проведения атаки двойного расходования большинства заключается в переписывании блокчейна путем тайного майнинга альтернативной цепочки, затем ее трансляции через определенный период времени и использования преимущества отката транзакций из «старой» цепочки (т. е. расходования их входы). Поскольку блоки Decred требуют, чтобы входные данные из случайно выбранных билетов считались действительными, и майнеры PoW не могут воспользоваться ими, пока не получат эти входные данные, майнеры PoW не могут тайно майнить, если вы также не контролируете значительную часть билетов напрямую. . (см. эти статьи).
Гибридная конструкция PoW/PoS значительно увеличивает затраты на сетевую атаку, поскольку злоумышленнику необходимо обойти две отдельные системы. В частности, компонент PoS настроен таким образом, что билеты можно приобрести очень медленно. Таким образом, в каждом блоке/интервале можно приобрести ограниченное количество билетов, а покупка максимального количества приводит к значительному увеличению цены. Кроме того, как только эти билеты будут куплены, средства, использованные для их покупки, будут заблокированы по времени, в результате чего злоумышленник подвергнется любой девальвации своих заблокированных монет в результате атаки.
Требование, чтобы за каждый блок проголосовали случайно выбранные заинтересованные стороны, означает, что блокчейн должен использоваться всеми участниками по мере его добычи, что повышает безопасность сети. Гибридная система Decred была разработана для того, чтобы предоставить участвующим сторонам власть над майнерами PoW.
Консенсусное голосование по изменению
Decred с самого начала решил сделать участников PoS доминирующей силой, принимающей решения в управлении блокчейном. Процедура ратификации обновления включена в правила консенсуса. Любые изменения в правилах консенсуса сети могут быть внесены только после завершения процесса голосования. Изменения могут быть внесены только в том случае, если они одобрены не менее чем 75% билетов для голосования. Этот процесс начинается, как только определенная часть майнеров (95%) и избирателей (75%) начинают использовать программное обеспечение, обновленное со скрытыми изменениями правил. Если предложение одобрено 75%, оно принимается после 4-недельного периода голосования, в противном случае оно отклоняется, и если оно не имеет квалифицированного большинства, начинается новое голосование. Если предложение принято, изменение правила вступит в силу через месяц.
Управление проектом: Политея
Награды за блоки Decred распределяются между майнерами PoW (60%), избирателями PDS (30%) и казначейством (10%) с целью финансирования разработки программного обеспечения с открытым исходным кодом, способствующего достижению целей проекта. Владельцы билетов имеют право голосовать за то, как следует использовать этот фонд, какие функции добавлять и какой политике следовать через платформу Politeia.
Заключить
Поскольку избиратели Proof of Stake (PoS) получают 30% вознаграждения за блок, они не могут поддерживать свою относительную долю DCR в обращении, просто делая ставки. Большая часть вновь выпущенных DCR достается майнерам PoW в обмен на роль, которую они играют в обеспечении безопасности. сети и смягчение проблемы «без ставок» в чистых PoS-системах. Майнерам, как правило, приходится продавать значительную часть полученного вознаграждения, чтобы покрыть свои эксплуатационные расходы, обеспечивая тем самым надлежащее предложение DCR на рынке.
Таким образом, блокчейн Decred представляет собой уникальную архитектуру и представляет собой один из наиболее ярких примеров гибридной системы PoW/PoS (Proof of Work/Proof of Stake). Точно так же, как проекты с консенсусом PoS представляют собой категорию со значительными вариациями, будущие проекты, реализующие гибридные подходы PoW/PoS, также будут уникальными и не обязательно будут следовать структуре, с которой экспериментирует Decred.
