Autor: Richard Red, uznávaný přispěvatel.

Mechanismus konsenzu blockchainu slouží k zajištění toho, aby mezi účastníky existovala shoda na aktuálním stavu blockchainu. Mechanismus konsenzu určuje, kdo je schopen přidávat nové bloky transakcí, a jedním z jeho primárních cílů je zajistit, aby nedocházelo k přepisování řetězce.

Proof of Work konsensus

Blockchainy s čistým konsensem Proof of Work (jako Bitcoin) mohou mít nové bloky přidané pouze těžaři, kteří nasazují hardware, který efektivně odhadne odpověď na matematický problém. Pokaždé, když těžař provede platný odhad, může sestavit blok, který síť akceptuje. Zatímco těžaři se mohou rozhodnout těžit jakýkoli řetězec, síť přijme jako legitimní řetězec pouze řetězec s nejvíce nashromážděným důkazem o práci (tj. nejvíce hashů nebo odhadů). To znamená, že těžaři jsou motivováni k těžbě na nejdelším řetězci, a když uvidí platný nový blok, pokusí se najít řešení pro další blok, které jim umožní stavět na tom předchozím.

Obtížnost přepisování blockchainu je to, co mu umožňuje fungovat jako účetní kniha pro finanční transakce. Když se transakce objeví v bloku, který posílá coiny do peněženky, a na tento blok bylo postaveno několik bloků (potvrzení), je nepravděpodobné, že blok (a transakce) budou přepsány.

Pokud entita ovládá dostatečnou hashovací sílu, aby překonala „čestný řetězec“, může přepsat (nebo reorganizovat) blockchain těžbou na „starém“ bloku místo na nejnovějším bloku. Zde je zjednodušený popis tohoto druhu útoku, známého také jako 51% útok:
Útočník utrácí v bloku X odesláním na burzu, poté začne těžit paralelní řetězec v soukromí (bloky nejsou vysílány do sítě). Jakmile projde požadovaný počet potvrzení, útočník vymění mince za něco jiného a stáhne je z burzy. Když se výběr uvolní, uvolní paralelní řetězec, a pokud má více PoW (bloků) než původní řetězec, síť jej přijme jako legitimní řetězec a verzi historie reprezentovanou původním řetězcem (včetně vkladu útočníka) zmizí. Útočník pak může tyto mince znovu utratit.

Vzhledem k tomu, že těžaři jsou jedinými subjekty, které mohou přímo přidávat bloky do řetězce v čistých kryptoměnách PoW, poskytuje jim to silnou roli ve správě. Aby byla přijata jakákoli změna konsensuálních pravidel sítě, musí mít podporu většiny hashovacích pravomocí. „Soft forky“ vyžadují dostatek těžařů, aby rozpoznali novou sadu pravidel, aby uživatelé mohli provádět transakce a očekávat, že jejich transakce budou řádně zpracovány a zahrnuty do bloků. „Hard forky“ by rozdělily síť na dvě složky a podle obecně uznávaného pravidla „řetězec s většinou PoW je správný řetězec, který je třeba následovat“, by těžaři rozhodli, která z nich je akceptována jako legitimní.

Proof of Stake konsensus

Konsenzus Proof of Stake je alternativní metodou rozhodování o tom, kdo může přidávat nové bloky a ověřovat aktuální stav blockchainu. Místo toho, aby těžaři soutěžili o vyřešení problému s důkazem o sázce, je další výrobce bloků určen nějakým procesem na základě počtu mincí držených v peněženkách (neboli „vsazených“). Tento proces důvěřuje tomu, že ti, kdo mají největší zájem, učiní zodpovědná rozhodnutí pro celou síť.

Konsensus Proof of Stake eliminuje potřebu energeticky náročné těžby, ale nedostatek významných energetických výdajů vytváří další problém, někdy označovaný jako „nic v sázce“. V případě rozvětveného řetězce jsou padělatelé PoS („kování“ obecně používáno místo „těžby“) motivováni k ověřování bloků na obou řetězcích, protože je stojí velmi málo práce na dalším řetězci a mohou sbírat odměny na obou. řetězy. To je pro síť problém, protože má existovat pouze jeden řetězec a shoda na stavu tohoto jediného řetězce je celým účelem mechanismu konsenzu.

Proof of Stake má další problém s distribucí tokenů. PoW horníci mají značné náklady (hardware, elektřina) a obvykle musí prodat významnou část svých vytěžených coinů, aby tyto náklady pokryli. Výsledkem je, že mnoho vytěžených mincí je k dispozici ke koupi na trhu, než aby je těžaři hromadili. Padělatelé Proof of Stake mají velmi nízké provozní náklady, takže nemají stejný tlak na prodej mincí, které obdrží za údržbu sítě. Velcí držitelé, kteří se zapojí do Proof of Stake, mají tendenci zvyšovat svůj podíl na oběžných mincích, protože od uživatelů sítě vybírají blokové odměny a transakční poplatky. To bylo přirovnáváno k feudalismu, kdy síť fakticky vlastní a provozují držitelé mincí a uživatelé jim za její používání platí jakýsi nájem. Obvykle je nějaká hranice, pod kterou není možné se přímo zúčastnit Proof of Stake.

Hybridní PoW/PoS

Cílem hybridních systémů Proof of Work a Proof of Stake je zachytit výhody příslušných přístupů a využít je k vzájemnému vyvážení slabých stránek. Decred je jednou z mála kryptoměn, které využívají jak PoW, tak PoS v rozpoznatelných formách a spojují je dohromady, aby vytvořily vícefaktorový nebo hybridní mechanismus konsensu.

„Masternode coiny“ jsou v některých smyslech také hybridy, protože mají rozpoznatelnou komponentu Proof of Work, která plní podobnou roli jako v bitcoinech, a další roli pro speciální uzly. Obvykle existuje požadavek, aby tyto speciální uzly držely určitou částku měny jako kolaterál, aby se prokázalo, že jim lze důvěřovat, že jednají v nejlepším zájmu sítě, což je podobné zdůvodnění pro Proof of Stake. Dash je originální mince masternode a tento model označuje jako Proof of Service. Tento článek se zaměřuje na hybridy s komponentou Proof of Stake a nebude zvažovat pole mincí, které emulují masternody nebo Proof of Service.

Komponenta PoW společnosti Decred funguje podobně jako jiné projekty založené na PoW a využívá hašovací funkci Blake-256. Komponenta PoS společnosti Decred a způsob, jakým je vetkaná do řetězce, je zcela unikátní a zaslouží si další vysvětlení.

Aby se držitelé mohli zúčastnit Decred’s Proof of Stake, musí svůj DCR časově uzamknout, aby si mohli koupit „vstupenky“. Cena za jednotlivou vstupenku je stanovena tržním mechanismem, kdy se systém zaměřuje na stanovený počet živých vstupenek (40 960) - pokud je více než cílový počet, cena se zvyšuje, pokud je méně, klesá . Když si někdo koupí lístek, DCR, který použil, je uzamčen (tj. nemůže ho utratit), dokud není jeho lístek pseudonáhodně vyzván k hlasování nebo dokud nevyprší jeho platnost po přibližně 142 dnech. To zavádí alternativní náklady pro PoS, které mají zajistit, aby voliči PoS měli kůži ve hře a jednali v nejlepším zájmu sítě.

Účastníci PoS (také označovaní jako voliči nebo stakeholdeři) mají tři odlišné role: blokové hlasování, hlasování o změnách pravidel konsensu a hlasování o řízení na úrovni projektu pomocí Politeia návrhového systému. První z nich, „blokové hlasování“, je způsob, jakým se voliči PoS nejpříměji zapojují do udržování konsenzu.

Hlasování o blocích

Když PoW miner najde platný blok, odvysílá ho na síti, ale aby byl blok považován za platný, musí obsahovat hlasy alespoň 3 z 5 náhodně vybraných tiketů. Voliči PoS mají peněženky otevřené a připravené reagovat hlasováním, když jsou vyvolány jejich lístky (nebo zapojí poskytovatele hlasovacích služeb, aby to udělali jejich jménem). Když je lístek PoS vyzván k hlasování a odpoví, jeho vlastník obdrží odměnu.

Když jsou vyvolány vstupenky, hlasují pro přijetí nebo odmítnutí pravidelných transakcí z předchozího bloku. Uzly v síti nerozpoznají nový blok jako platný, dokud nebude obsahovat alespoň 3 hlasy. Pokud většina tiketů vyzvaných k hlasování odmítne transakce předchozího bloku, vrátí se do mempoolu. Tyto pravidelné transakce zahrnují odměnu těžaře PoW, ale nikoli odměnu voličů PoS.

Voliči PoS proto mají moc odebrat odměny těžařům, aniž by to ovlivnilo jejich vlastní odměny. To omezuje pravomoc těžařů PoW vetovat změny konsensuálních pravidel sítě, o kterých hlasují zúčastněné strany. Ve skutečnosti mohou voliči PoS odmítnout jakýkoli druh chování těžaře, který se jim nelíbí, tím, že přijmou politiku hlasování „ne“, když je zjištěno škodlivé nebo neefektivní chování, což zabrání špatným těžařům PoW v psaní transakcí a přijímání odměn.

Tato ověřovací vrstva PoS výrazně zvyšuje bezpečnost sítě a odolnost vůči většinovým útokům. Obvyklou metodou provádění většinového útoku s dvojitou útratou je přepsání blockchainu tajnou těžbou alternativního řetězce, jeho uvolněním po určité době a využitím výhody zrušení transakcí ve „starém“ řetězci (tj. utrácet své vstupy). Vzhledem k tomu, že Decred bloky vyžadují vstup z náhodně vybraných tiketů, aby byly považovány za platné a nemohou na nich PoW těžaři stavět, dokud tento vstup neobdrží, není možné, aby PoW těžaři těžili tajně, pokud také neovládají významnou část živých tiketů. (viz tyto články).

Hybridní PoW/PoS design výrazně zvyšuje náklady na útok na síť, protože existují dva odlišné systémy, které musí útočník obejít. Zejména komponenta PoS je nakonfigurována tak, že vstupenky lze získávat jen velmi pomalu. V každém bloku/intervalu lze zakoupit omezený počet vstupenek a nákup maximálního počtu způsobí prudký nárůst ceny. Kromě toho, jakmile budou tyto vstupenky zakoupeny, budou prostředky použité k jejich nákupu časově uzamčeny, takže útočník bude vystaven jakékoli devalvaci jejich uzamčených mincí, ke které došlo v důsledku útoku.

Požadavek, aby o každém bloku hlasovali náhodně vybrané zúčastněné strany, znamená, že blockchain musí být během těžby sdílen se všemi účastníky, což zvyšuje bezpečnost sítě. Hybridní systém Decredu byl navržen tak, aby také poskytoval zúčastněným stranám moc nad těžaři PoW.

Hlasování o změně konsensu

Společnost Decred se na začátku rozhodla, že zúčastněné strany PoS budou dominantní rozhodovací silou v řízení blockchainu. V pravidlech konsenzu je zapsána procedura ratifikace upgradu, jejímž prostřednictvím může být jakákoli změna konsenzuálních pravidel sítě zavedena až poté, co prošla procesem hlasování. Změny lze provést pouze v případě, že je schválí alespoň 75 % hlasujících lístků. Tento proces začíná, jakmile určitá část těžařů (95 %) a voličů (75 %) používá aktualizovaný software s latentními změnami pravidel. Pokud má návrh po 4 týdnech hlasování 75% podporu, je přijat, v opačném případě je zamítnut, a pokud nemá ani jednu nadpoloviční většinu, začíná se nové hlasování. Pokud je návrh přijat, změna pravidla se aktivuje o měsíc později.

Projektový management: Politeia

Odměny za bloky Decredu jsou rozděleny mezi těžaře PoW (60 %), voliče PoS (30 %) a ministerstvo financí (10 %) na financování vývoje softwaru s otevřeným zdrojovým kódem, který podporuje cíle projektu. Držitelé vstupenek mají suverenitu hlasovat o tom, jak by měl být tento fond vynaložen, jaké funkce by měly být přidány, a určovat politiku prostřednictvím platformy Politeia.

Závěrečné myšlenky

Protože voliči PoS dostávají 30 % z blokové odměny, nemohou si udržet svůj relativní podíl na oběhu DCR pouhým sázením. Většina nově vyražených DCR jde do PoW těžařů výměnou za roli, kterou hrají při zabezpečení sítě a zmírnění problému „nic v sázce“ čistých PoS systémů. Těžaři by obvykle museli prodat značnou část odměn, které dostávají, aby pokryli své provozní náklady a zajistili, že na trhu bude k dispozici spravedlivá nabídka DCR.

Blockchain společnosti Decred představuje jedinečnou architekturu a je jedním z nejpozoruhodnějších příkladů hybridního systému PoW/PoS. Stejně jako projekty s konsensem PoS jsou obecným seskupením s významnými rozdíly uvnitř, budoucí projekty, které nasazují hybridní přístupy PoW/PoS, budou také jedinečné a nebudou se nutně řídit rámcem Decred.