Автор: Ричард Ред, участник Decred.
Механизм консенсуса блокчейна служит для обеспечения согласия между участниками относительно текущего состояния блокчейна. Механизм консенсуса определяет, кто может добавлять новые блоки транзакций, и одна из его основных целей — гарантировать, что цепочка не будет переписана.
Консенсус Доказательства работы
Блокчейны с чистым консенсусом Proof of Work (например, Биткойн) могут добавлять новые блоки только майнерами, которые используют оборудование, которое эффективно угадывает ответ на математическую задачу. Каждый раз, когда майнер делает верное предположение, он может создать блок, который будет принят сетью. Хотя майнеры могут выбирать любую цепочку, сеть будет принимать в качестве законной цепочки только ту цепочку с наибольшим количеством доказательств выполнения работы (т. е. наибольшим количеством хэшей или догадок). Это означает, что майнеры заинтересованы в добыче самой длинной цепочки, и когда они видят действительный новый блок, они попытаются найти решение для следующего блока, которое позволит им построить поверх предыдущего.
Сложность переписывания блокчейна позволяет ему функционировать как реестр финансовых транзакций. Когда транзакция появляется в блоке, отправляющем монеты в кошелек, и поверх этого блока (подтверждений) построено несколько блоков, становится маловероятно, что блок (и транзакция) будут перезаписаны.
Если организация контролирует достаточную мощность хеширования, чтобы превзойти «честную цепочку», она может переписать (или реорганизовать) блокчейн путем майнинга «старого» блока вместо последнего блока. Вот упрощенное описание этого типа атаки, также известной как атака 51%:
Злоумышленник тратит деньги в блоке X, отправляя на биржу, затем начинает майнинг параллельной цепочки в приватном режиме (блоки не транслируются в сеть). Как только необходимое количество подтверждений пройдет, злоумышленник обменивает монеты на что-то другое и выводит это с биржи. Когда вывод средств очищается, они освобождают параллельную цепочку, и если в ней больше PoW (блоков), чем в исходной цепочке, сеть примет ее как законную цепочку и версию истории, представленную исходной цепочкой (включая депозит злоумышленника). исчезнет. Затем злоумышленник может снова потратить эти монеты.
Поскольку майнеры — единственные организации, которые могут напрямую добавлять блоки в цепочку в чистых криптовалютах PoW, это дает им сильную роль в управлении. Чтобы любое изменение в правилах консенсуса сети было принято, оно должно иметь поддержку большинства хэш-мощностей. «Мягкие форки» требуют, чтобы достаточное количество майнеров распознало новый набор правил, чтобы пользователи могли совершать транзакции и ожидать, что их транзакции будут правильно обработаны и включены в блоки. «Хард-форки» разделят сеть на два компонента, и согласно общепринятому правилу «цепочка с наибольшим количеством PoW является правильной цепочкой», майнеры будут решать, какой из них считать законным.
Консенсус Proof of Stake
Консенсус Proof of Stake — это альтернативный метод принятия решения о том, кто может добавлять новые блоки и проверять текущее состояние блокчейна. Вместо того, чтобы майнеры конкурировали за решение проблемы с доказательством доли, следующий производитель блока определяется каким-то процессом, основанным на количестве монет, хранящихся в кошельках (или «заставленных в ставку»). Этот процесс предполагает, что те, кто имеет наибольшую заинтересованность, будут принимать ответственные решения для всей сети.
Консенсус Proof of Stake устраняет необходимость в энергоемком майнинге, но отсутствие значительных затрат энергии создает еще одну проблему, которую иногда называют «ничего не поставлено на карту». В случае разветвленной цепочки PoS-форгеры («форжинг» обычно используется вместо «майнинга») заинтересованы в проверке блоков в обеих цепочках, поскольку работа в дополнительной цепочке обходится им очень дешево, и они могут получать вознаграждения в обеих цепочках. цепи. Это проблема для сети, поскольку предполагается, что существует только одна цепочка, и согласование состояния этой единственной цепочки является основной целью механизма консенсуса.
У Proof of Stake есть дополнительная проблема, связанная с распределением токенов. PoW-майнеры имеют значительные затраты (оборудование, электричество) и обычно должны продавать значительную часть своих добытых монет, чтобы покрыть эти затраты. В результате многие добытые монеты доступны для покупки на рынке, а не накапливаются майнерами. У фальсификаторов Proof of Stake очень низкие эксплуатационные расходы, поэтому им не приходится продавать монеты, которые они получают за поддержание сети. Крупные держатели, которые участвуют в Proof of Stake, как правило, увеличивают свою долю в обращающихся монетах, поскольку они собирают вознаграждение за блок и комиссию за транзакции от пользователей сети. Это можно сравнить с феодализмом, когда сеть фактически принадлежит и управляется держателями монет, а пользователи платят им своего рода ренту за ее использование. Обычно существует определенный порог, ниже которого невозможно непосредственное участие в Proof of Stake.
Гибридный PoW/PoS
Цель гибридных систем Proof of Work и Proof of Stake — уловить преимущества соответствующих подходов и использовать их для балансировки слабых сторон друг друга. Decred — одна из немногих криптовалют, которая использует PoW и PoS в узнаваемых формах и объединяет их вместе 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 ту же роль, что и в Биткойне, и дополнительную роль для специальных узлов. Обычно существует требование, чтобы эти специальные узлы держали определенную сумму валюты в качестве залога, чтобы продемонстрировать, что им можно доверять в том, что они действуют в интересах сети, что аналогично обоснованию доказательства доли владения. Dash — это оригинальная монета мастерноды, и эта модель называется Proof of Service. В этой статье основное внимание уделяется гибридам с компонентом Proof of Stake и не рассматривается массив монет, которые имитируют мастерноды или Proof of Service.
Компонент PoW Decred работает аналогично другим проектам на основе PoW и использует хэш-функцию Blake-256. PoS-компонент Decred и то, как он вплетен в цепочку, совершенно уникальны и заслуживают дальнейшего объяснения.
Чтобы принять участие в Proof of Stake от Decred, держатели должны заблокировать свой DCR по времени, чтобы купить «билеты». Цена на отдельный билет устанавливается с помощью рыночного механизма, в соответствии с которым система стремится к установленному количеству активных билетов (40 960) - если их больше целевого числа, цена повышается, если меньше - снижается. . Когда кто-то покупает билет, использованный им DCR блокируется (т. е. он не может его потратить) до тех пор, пока его билет не будет псевдослучайно вызван для голосования или пока его срок не истечет примерно через 142 дня. Это вводит альтернативные издержки для PoS, призванные гарантировать, что избиратели PoS будут участвовать в игре и действовать в лучших интересах сети.
Участники PoS (также называемые избирателями или заинтересованными сторонами) выполняют три отдельные роли: голосование за блокирование, голосование за изменения в правилах консенсуса и голосование по управлению на уровне проекта с использованием системы предложений Politeia. Первый из них, «блочное голосование», — это способ, с помощью которого избиратели PoS самым непосредственным образом участвуют в поддержании консенсуса.
Голосование по блокам
Когда PoW-майнер находит действительный блок, он транслирует его в сеть, но для того, чтобы этот блок считался действительным, он должен включать голоса как минимум 3 из 5 случайно выбранных билетов. Избиратели PoS держат кошельки открытыми и готовы ответить голосами, когда их билеты будут востребованы (или они привлекают 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 предыдущего блока. Узлы в сети не признают новый блок действительным, пока он не наберет хотя бы 3 голоса. Если большинство билетов, вызванных для голосования, отклоняют транзакции предыдущего блока, они возвращаются в мемпул. Эти регулярные транзакции включают вознаграждение майнера PoW, но не вознаграждение избирателей PoS.
Таким образом, избиратели PoS имеют право лишить майнеров вознаграждений, не затрагивая при этом свои собственные вознаграждения. Это ограничивает право PoW-майнеров накладывать вето на изменения в правилах консенсуса сети, за которые голосуют заинтересованные стороны. Фактически, избиратели PoS могут отвергнуть любой вид поведения майнеров, который им не нравится, приняв политику голосования «нет» при обнаружении злонамеренного или неэффективного поведения, что не позволяет плохим PoW-майнерам писать транзакции и получать вознаграждения.
Этот уровень проверки PoS значительно повышает безопасность сети и устойчивость к большинству атак. Распространенный метод проведения атаки двойного расходования большинства заключается в переписывании блокчейна путем тайного майнинга альтернативной цепочки, а затем ее выпуска через определенный период времени и использования преимущества обнуления транзакций в «старой» цепочке (т. е. двойным тратят свои ресурсы). Поскольку блоки Decred требуют, чтобы входные данные из случайно выбранных билетов считались действительными, и не могут быть построены майнерами PoW до тех пор, пока они не получат эти входные данные, майнеры PoW не могут тайно майнить, если они также не контролируют значительную часть активных билетов. (см. эти статьи).
Гибридная конструкция PoW/PoS значительно увеличивает затраты на атаку сети, поскольку существует две разные системы, которые злоумышленнику необходимо обойти. В частности, компонент PoS настроен таким образом, что билеты можно приобрести очень медленно. В каждом блоке/интервале можно купить ограниченное количество билетов, а покупка максимального количества приводит к резкому увеличению цены. Кроме того, как только эти билеты будут куплены, средства, использованные для их покупки, будут заблокированы по времени, в результате чего злоумышленник будет подвержен любой девальвации заблокированных монет, произошедшей в результате атаки.
Требование, чтобы за каждый блок проголосовали случайно выбранные заинтересованные стороны, означает, что блокчейн должен быть доступен всем участникам по мере его добычи, что повышает безопасность сети. Гибридная система Decred была разработана, чтобы также предоставить заинтересованным сторонам власть над майнерами PoW.
Согласованное голосование за изменение
Decred с самого начала решил сделать участников PoS доминирующей силой, принимающей решения в управлении блокчейном. В правилах консенсуса записана процедура ратификации обновления, посредством которой любое изменение в правилах консенсуса сети может быть применено только после того, как оно пройдет процесс голосования. Изменения могут быть внесены только в том случае, если они одобрены не менее чем 75% билетов для голосования. Этот процесс начинается, когда определенная часть майнеров (95%) и избирателей (75%) используют обновленное программное обеспечение со скрытыми изменениями в правилах. Если предложение имеет поддержку 75% после 4-недельного периода голосования, оно принимается, в противном случае оно отклоняется, а если оно не имеет ни одного квалифицированного большинства, начинается повторное голосование. Если предложение принято, изменение правила вступит в силу через месяц.
Управление проектом: Политея
Награды за блоки Decred делятся между майнерами PoW (60%), избирателями PoS (30%) и казначейством (10%) для финансирования разработки программного обеспечения с открытым исходным кодом, которое способствует достижению целей проекта. Владельцы билетов имеют право голосовать за то, как следует потратить этот фонд, какие функции следует добавить, а также определять политику через платформу Politeia.
Заключительные мысли
Поскольку избиратели PoS получают 30% вознаграждения за блок, они не могут поддерживать свою относительную долю в обращающихся DCR просто за счет ставок. Большая часть вновь созданных DCR достается PoW-майнерам в обмен на роль, которую они играют в обеспечении безопасности сети и смягчении проблемы «ничего не поставлено на карту» чистых PoS-систем. Майнерам, как правило, приходится продавать значительную часть получаемого вознаграждения, чтобы покрыть свои эксплуатационные расходы, гарантируя, что на рынке будет доступно достаточное количество DCR.
Блокчейн Decred имеет уникальную архитектуру и является одним из наиболее ярких примеров гибридной системы PoW/PoS. Точно так же, как проекты с консенсусом PoS представляют собой общую группу со значительными различиями внутри, будущие проекты, в которых используются гибридные подходы PoW/PoS, также будут уникальными и не обязательно будут следовать структуре Decred.
