Основная характеристика блокчейна — децентрализованность, что означает отсутствие центрального органа управления. То есть блокчейном равноправно управляют участники, которые совершают транзакции и поддерживают работоспособность сети. Чтобы обеспечить безопасность в выполнении транзакций и избавить сеть от риска быть взломанной мошенниками, в каждой блокчейн сети есть механизм консенсуса, который означает единое мнение о том, какую транзакцию считать верной.
В статье объясняем, что такое алгоритм консенсуса в блокчейне, как он работает и его основные виды.
Что такое алгоритм консенсуса и как он работает
Прежде чем разбирать понятие алгоритма консенсуса, давайте коротко вспомним определение блокчейну и суть его работы. Блокчейн — это децентрализованная, распределенная база данных, представленная в виде цепочки блоков, которая используется для хранения информации о транзакциях. Каждая из этих транзакций записывается как «блок» данных. Но прежде чем блок будет добавлен в сеть, он должен быть проверен компьютерными сетями. Таким образом система помогает защитить блокчейн от мошеннических действий.
Для гарантии согласия всех участников в сети с единой версией истории в блокчейнах реализуются механизмы консенсуса. Они направлены на то, чтобы сделать систему отказоустойчивой и устранить риск хакерских атак.
Алгоритм консенсуса — это механизм или протокол, с помощью которого участники сети определяют, какие транзакции в блокчейне действительны, а какие — нет. Алгоритм консенсуса — это основная составляющая сети блокчейнов, поскольку он обеспечивает согласие, доверие и безопасность в децентрализованной сети. Кроме того, он используется для предотвращения атаки 51%. Это означает, что конкретный валидатор не может контролировать всю сеть, а для подтверждения действительности транзакции понадобится согласие 51% участников.
Алгоритм консенсуса в блокчейне необходим по следующим причинам.
1. Единое согласие. Дает возможность участникам легко и безопасно достичь соглашения о действиях и состоянии сети.
2. Предотвращение двойной траты. Протокол консенсуса позволяет предотвратить двойную трату цифровой валюты за счет того, что в блокчейн добавляются только проверенные и действительные транзакции.
3. Справедливость и равноправие. Открытый исходный код позволяет любому пользователю присоединиться к блокчейну и стать участником сети.
4. Надежность. Гарантирует отказоустойчивость, работоспособность и устойчивость к угрозам взлома мошенников.
Виды алгоритмов консенсуса
На сегодня разработаны различные модели консенсуса, которые отличаются функциональными возможностями, но при этом сохраняют основную цель: достижение соглашения и обеспечение надежности сети.
Несмотря на множество алгоритмов консенсуса, чаще всего блокчейн проекты используют два типа: PoW и PoS. Рассмотрим их подробнее.
Proof of Work (PoW)
Самый первый механизм консенсуса, о котором впервые упомянули в 1993 году. Активное применение PoW началось в 2008 году, когда Сатоши Накамото основал первую криптовалюту Bitcoin, работоспособность которой поддерживал этот механизм. Суть работы PoW заключается в том, что майнеры (участники сети) решают сложные математические задачи для добычи нового блока. Скорость решения задачи зависит от мощности вычислительного оборудования майнера. Поэтому чем выше мощность компьютера участника, тем быстрее он решит задачу и получит вознаграждение за добычу блока.
Основные минусы алгоритма PoW — проблема масштабируемости и эксплуатационные расходы из-за необходимости покупать дорогое вычислительное оборудование, которое потребляет много электроэнергии. Например, для майнинга Bitcoin сейчас потребуются полноценные майнинг фермы с устройствами ASIC (специальным оборудованием для майнинга). Стоит такое оборудование очень дорого и энергии потребляет не меньше. Поэтому многие представители криптокомьюнити ставят под вопрос рентабельность майнинга криптовалют, в большей мере Bitcoin.
Преимущества механизма PoW — высокая безопасность и надежность в подтверждении транзакций за счет криптографических задач. Использование Proof of Work (PoW) для проверки каждой транзакции помогает сети предотвратить двойную трату. Если кто-то попытается продублировать транзакцию в сети, она будет замечена в системе и не будет принята. Следовательно, никто не может изменить транзакцию после того, как она была проверена и одобрена каждым участником узла.
Proof of Stake (PoS)
Этот механизм консенсуса был создан в качестве альтернативы PoW и решения его уязвимостей, например, недостаточной масштабируемость и высоких эксплуатационных расходов. PoS — более экологичный алгоритм за счет сути своей работы. Здесь валидаторы участвуют в проверке транзакций, блокируя некоторые из своих монет в кошельке, отправляя их в пул ликвидности. Валидатор с наибольшей ставкой выбирается для создания нового блока и добавления его в блокчейн. За это он получает комиссию за транзакцию в качестве вознаграждения. Примеры сетей блокчейнов, использующих Proof of Stake — Ethereum 2.0, Cardano, Polygon и другие.
Другими словами, вместо того, чтобы инвестировать в дорогостоящее оборудование для решения сложных головоломок, валидаторы инвестируют в токены платформы и отправляют их в стейкинг в специальном смарт-контракте на определенное время. По истечению этого времени пользователи получают награду в виде нативных токенов сети. Доходность стейкинга для валидаторов и держателей криптовалюты зависит от скорости эмиссии, а также доли монет в обращении.
Преимущества PoS — устойчивость и защищенность от атаки 51%, а также безвредность для окружающей среды.
Недостатки PoS — потенциальный риск централизации, поскольку система отдает предпочтение пользователям с большим количеством токенов.
Вывод:
Механизм консенсуса — важная составляющая блокчейн сети, которая обеспечивает безопасность от мошеннических атак, а также риска двойной траты. Именно алгоритм консенсуса отвечает за работоспособность сети и достижения доверия между всеми участниками с минимальными ресурсами, сохраняя целостность и прозрачность принимаемых решений.
