Автор: участник Decred, Ричард Ред
Механизм консенсуса блокчейна используется для обеспечения согласия между участниками относительно текущего состояния блокчейна. Механизм консенсуса определяет, какие узлы могут добавлять новые блоки транзакций, и одна из его основных целей — гарантировать, что блокчейн не будет перезаписан.
Консенсус доказательства работы (POW)
Блокчейны с консенсусом PoW (например, Биткойн) могут создаваться только майнерами, которые используют оборудование и выясняют, как эффективно решить конкретную математическую задачу. Каждый раз, когда майнер делает правильное предположение, сеть блокчейна может принять построенный им блок. Хотя майнеры могут выбирать любую цепочку для выполнения вычислений, сеть принимает в качестве легитимной только цепочку с наибольшим количеством доказательств работы (т. е. с наибольшим количеством хэшей или вычислений). Это означает, что майнеры заинтересованы в майнинге на самой длинной цепочке, и когда они обнаруживают новый действующий блок, они пытаются найти решение, как построить новый блок.
Сложность переписывания блокчейна заключается в его роли в качестве реестра для записи финансовых транзакций. Когда транзакция, отправляющая средства в кошелек, появляется в блоке, а другие блоки (подтвержденные) были построены поверх этого блока, перезапись блока (транзакции) будет невозможна.
Если организация контролирует достаточную мощность хэширования для атаки на «реальную цепочку», она может переписать (или реконструировать) блокчейн, перестроив «старые» блоки для замены последних блоков. Вот краткое описание этого типа атаки, также известной как атака 51%:
Злоумышленник сначала вносит средства на биржу, транзакция фиксируется в блоке X, а затем самостоятельно (без трансляции блока в сеть) начинает строить еще одну параллельную цепочку. При достижении необходимого количества подтверждений депозитной транзакции злоумышленник конвертирует токены в другие валюты и выводит их с биржи. Когда транзакция вывода завершена, злоумышленник выпускает независимо построенную параллельную цепочку, и если этот блокчейн имеет больше PoW (блоков), чем исходная цепочка, сеть примет ее как легитимную цепочку, а исходный блокчейн ((содержащий данные злоумышленника) транзакция пополнения счета) станет исторической версией и исчезнет. После этого злоумышленник может снова использовать токены.
Поскольку майнеры — единственные субъекты, которые могут добавлять блоки непосредственно в блокчейн PoW-подобных криптовалют, это дает им важную роль в управлении. Если правила консенсуса необходимо изменить в сети блокчейна, они должны поддерживаться большинством примеров вычислений хэша. «Мягкая вилка» требует, чтобы достаточное количество майнеров повторно идентифицировало новые правила консенсуса, чтобы пользователи могли совершать транзакции и ожидать, что их транзакции будут обработаны правильно, а данные транзакций будут упакованы в блоки. «Хардфорк» разделит исходную сеть блокчейна на две части, и большинство майнеров согласятся с тем, что «цепочка PoW является правильной цепочкой», и майнеры будут иметь право решать, какая цепочка считается легитимной.
Доказательство консенсуса доли (POS)
Консенсус «доказательство доли» — это еще один метод принятия решения о том, какие майнеры могут добавлять новые блоки и проверять текущее состояние блокчейна. Решение проблемы посредством доказательства доли, а не конкуренции среди майнеров, определяет следующего производителя блока с помощью некоторого механизма, основанного на количестве токенов (или «доли») в кошельке. Процесс консенсуса основан на принципе, согласно которому те, у кого больше всего интересов, будут принимать ответственные и разумные решения для всей сети.
Консенсус «доказательство доли» устраняет необходимость в энергоемких майнинговых операциях, но отсутствие значительных затрат энергии создает еще одну проблему, иногда называемую «нерелевантностью». Возьмем, к примеру, форки: вместо них часто используется поддельный POS («форжинг»). «майнинг») будут добываться в обеих цепочках отдельно, поскольку стоимость создания другой цепочки очень мала, поэтому они могут получать прибыль в обеих цепочках одновременно. Это проблема для сетей блокчейнов, поскольку цель механизма консенсуса состоит в том, чтобы признать наличие только одной легитимной цепочки и признать только статус легитимной цепочки.
У Proof-of-Stake есть и другие проблемы с распределением токенов. PoW-майнеры имеют высокие затраты (оборудование, электричество) и, как правило, им приходится продавать большую часть добытых ими токенов, чтобы покрыть эти затраты. Таким образом, многие добытые монеты можно приобрести на рынке и они не накапливаются майнерами. Стоимость подделки доказательства доли очень низка, и им не нужно продавать полученные токены для поддержания работы сети. Крупные держатели акций, которые участвуют в доказательстве доли, как правило, увеличивают свою долю токенов в обращении, поскольку они собирают большие суммы вознаграждений и комиссий за транзакции от пользователей сети. Это можно сравнить с феодализмом, когда сеть принадлежит и контролируется крупными держателями токенов, а пользователи обязаны платить им комиссию за ее использование. В POS обычно устанавливаются некоторые ограничения, чтобы обычные пользователи не могли напрямую участвовать в консенсусе доказательства доли.
Гибридный PoW/PoS
Цель гибридной системы «доказательство работы» и «доказательство доли» — объединить сильные стороны обеих систем и уравновесить слабости друг друга. Decred — одна из немногих криптовалют, которая использует сочетание механизмов консенсуса PoW и PoS и интегрирует их для создания многофакторного и гибридного механизма консенсуса.
В некотором смысле «монеты мастернод» также являются гибридными механизмами, поскольку они имеют узнаваемый компонент доказательства работы, который выполняет роль, аналогичную Биткойну, с дополнительной ролью специального узла. Эти специальные узлы также обычно содержат определенное количество токенов в качестве залога, чтобы доказать, что им можно доверять и что они отвечают интересам сети, аналогично механизму доказательства доли. Dash — это оригинальный токен мастерноды, который называет эту модель Proof of Service. В этой статье основное внимание уделяется компонентам с гибридным доказательством доли, поэтому в ней не обсуждается диапазон токенов с учетом токенов мастерноды или доказательства обслуживания.
Компонент PoW Decred аналогичен другим проектам на основе PoW и использует хэш-функцию Blake-256. PoS-компонент Decred и то, как он строит блокчейн, совершенно уникальны и заслуживают дальнейшего объяснения.
Чтобы принять участие в доказательстве доли владения Decred, держатели должны заблокировать свой DCR и приобрести «билеты». Цена на отдельные билеты устанавливается с помощью рыночного механизма, при этом система стремится получить определенное количество билетов (40 960) - если целевое количество превышено, цена увеличивается, если это количество не достигается, цена снижается. Когда пользователь покупает билет, используемый им DCR блокируется (т. е. он не может его потратить), и период блокировки длится до тех пор, пока за его билет не будет проголосован псевдослучайный вызов функции, или пока он не истечет примерно через 142 дня. Это создает альтернативные издержки для механизма PoS, способ гарантировать, что избиратели PoS получат честный шанс в игре и будут действовать в интересах сети.
Участники PoS (также известные как избиратели или заинтересованные стороны) могут играть три разные роли: отказаться голосовать, проголосовать за изменения в правилах консенсуса и проголосовать за управление на уровне проекта с использованием рейтинговой системы Politeia. Первая роль, «отказ голосовать», является для избирателей PoS наиболее прямым способом участия в поддержании консенсуса.
Голосуйте в блоке
Когда PoW-майнеры находят действительный блок, они транслируют его в сеть, и для того, чтобы блок считался действительным, в нем должно быть как минимум 3 из 5 случайно выбранных голосов. Избиратели PoS обязаны держать свои кошельки открытыми и должны ответить на приглашение (или попросить поставщика услуг голосования представлять их интересы) при подаче их голосов. Когда определенный билет POS вызывается для голосования и ответа, его владелец получит вознаграждение.
При вызове билетов они голосуют за обычные транзакции предыдущего блока, решая принять или отклонить их. Узлы в сети не будут считать новый блок действительным, пока он не получит хотя бы 3 голоса. Если большинство билетов откажутся голосовать за транзакцию в предыдущем блоке, они будут возвращены в мемпул. Эти регулярные транзакции включают вознаграждения для майнеров PoW, но не для избирателей PoS.
Следовательно, избиратели PoS имеют право лишить майнеров вознаграждения, не затрагивая при этом их собственную прибыль. Это ограничивает возможности PoW-майнеров и не позволяет им вмешиваться в правила сетевого консенсуса, за которые должны голосовать заинтересованные стороны. Фактически, когда обнаруживается злонамеренное или неэффективное поведение, избиратели PoS могут «наложить вето» на это злонамеренное поведение майнеров, используя голоса. Таким образом, злонамеренные PoW-майнеры не могут вмешиваться в транзакции и получать незаконные вознаграждения.
Этот уровень проверки PoS может значительно повысить безопасность сети и защитить от большинства атак. Обычный метод, используемый в большинстве атак двойного расходования, — перезаписать блокчейн, заменив существующую цепочку частным и скрытым майнингом, а затем опубликовать ее через некоторое время и признать недействительными транзакции в «старой» цепочке (т. е. они могут произвести двойной платеж). ). Поскольку блоки Decred требуют ввода случайно выбранных билетов, чтобы считаться действительными, и блоки не могут быть созданы майнерами PoW до тех пор, пока эти входные данные не будут получены, майнеры PoW не могут тайно майнить, если они также не контролируют большинство билетов (см. статью ниже). .
Разработка гибридного механизма PoW/PoS может значительно увеличить стоимость сетевых атак, поскольку злоумышленникам приходится одновременно обходить две независимые системы. Особенно, если компонент PoS настроен на медленное получение билетов. В одном блоке можно приобрести только ограниченное количество билетов, а покупка большого количества билетов приведет к резкому увеличению цены. Кроме того, как только билеты необходимо приобрести, средства, использованные для их приобретения, блокируются, блокируя средства злоумышленника для атаки и подвергая их риску девальвации.
Если случайно выбранные заинтересованные стороны голосуют за каждый блок, это означает, что блокчейн должен использоваться совместно с узлами, где все участники майнят, тем самым повышая безопасность сети. Гибридный механизм Decred предназначен для предоставления заинтересованным сторонам возможностей, выходящих за рамки PoW-майнеров.
Голосование за изменение консенсуса
Decred с самого начала решил сделать участников PoS доминирующей силой, принимающей решения в управлении блокчейном. Изменение или написание правил консенсуса требует процесса утверждения обновления, посредством которого правила консенсуса сети можно изменить только после голосования. И изменения могут быть внесены только в том случае, если с этим согласится не менее 75% голосов. Процесс начинается, если определенный процент майнеров (95%) и избирателей (75%) запускают обновление программного обеспечения и вносят потенциальные изменения в правила. Если предложение о поправке получает поддержку более 75% после 4-недельного периода голосования, оно принимается, в противном случае оно отклоняется, а если количество голосов недостаточно, голосование начинается снова. Если предложение будет принято, изменения в механизме консенсуса будут активированы через месяц.
Управление проектом: Политея
Награды за блоки Decred делятся на вознаграждения майнеров PoW (60%), вознаграждения избирателей PoS (30%) и казначейство (10%), которое используется для финансирования разработчиков программного обеспечения с открытым исходным кодом, которые разрабатывают проект. Владельцы билетов имеют право голосовать за то, как следует использовать эту часть средств, какие функции следует добавить, и принимать решения через платформу Politeia.
Итоговые мысли
Поскольку избиратели PoS получают 30% вознаграждений за блок, они не могут поддерживать свою относительную долю в обращении DCR, просто удерживая существующие доли. Большая часть новых DCR получается путем майнинга от PoW-майнеров, тем самым смягчая проблему их «неактуальности» в системе PoS, а также играя свою роль в защите сети. Майнерам приходится продавать большую часть получаемого вознаграждения, чтобы поддерживать свои эксплуатационные расходы, поэтому такой подход обеспечивает разумное предложение DCR на рынке.
Блокчейн Decred представляет собой уникальную архитектурную модель и является одним из самых известных примеров гибридных систем PoW/PoS. Как и в случае значительных изменений в механизме консенсуса PoS в группе, будущие проекты, развернутые с помощью гибридного механизма PoW/PoS, также уникальны и не обязательно будут следовать существующей структуре Decred.
