Mecanisme de consens: probabil mulți dintre voi au auzit deja despre acest termen și scopurile sale generale. Chiar de aceea dorim să vă reîmprospătăm memoria legat de această temă, prezentându-vă diferite variante de mecanisme de consens.
Proof of Work
Cel mai răspândit mecanism de consens este Proof of Work (PoW) – acesta este și cel pe care îl utilizează Bitcoin. O explicație simplă și concisă a legăturii Proof of Work cu Bitcoin sună în felul următor: prin PoW, puterea de calcul este utilizată pentru securizarea blockchain și crearea de blocuri noi. Așa-numiții „mineri” încearcă să calculeze hash-ul următorului bloc. Fiecare bloc conține block header data (antet) și tranzacții. Atunci când nodul unui miner primește tranzacții noi în cadrul rețelei, acesta le integrează în blocul curent și continuă hashing-ul.
Primul miner care găsește soluția corectă (hash-ul țintă) va beneficia de recompensa de bloc (block reward), pe care o va primi în Bitcoin (momentan, 12,5 BTC/bloc). În medie, un bloc nou este creat la fiecare 10 minute. Datorită nivelului de dificultate ce crește cu timpul, minerii necesită multă energie de procesare; iar minatul a devenit o activitate ce consumă o cantitate uriașă de curent electric. Bineînțeles, consumul energetic al Bitcoin a generat numeroase critici în ultimul timp; însă PoW are deja alternative care nu consumă atât de multă energie. Cu toate acestea, rămâne o întrebare deschisă dacă alte mecanisme de consens se pot ridica la același standard de securitate ca Proof of Work.
Proof of Stake
După Proof of Work, urmează un alt mecanism de consens bine cunoscut, Proof of Stake (PoS). Aceasta este o metodă alternativă, prin care rețeaua blockchain dorește să realizeze consensul distribuit. În cazul PoS, creatorul următorului bloc este ales, de obicei, cu ajutorul unuia dintre cele două mai frecvente variante de selecție a blocului: „Selectarea aleatorie a blocului” (Random block selection) și „Selectarea după vârstă” (Age-based selection). Cum îi indică și numele, în cazul „Selectării aleatorii a blocului” creatorul următorului bloc va fi ales la întâmplare; pe baza unei formule care adună cea mai scăzută valoare hash cu miza utilizatorului.
În cazul aplicării „Selectării după vârstă”, intervalul de timp în care unele monede n-au fost cheltuiye va trebui înmulțit cu valoarea mizei pentru a determina cine va crea următorul bloc. Peercoin a fost prima criptovalută care a implementat acest proces. Alegerea creatorului următorului bloc pe baza soldului nu era o idee chiar bună; fiindcă în acest caz persoanele care dispun de balanța cea mai mare ar crea blocuri în permanență, iar asta ar duce la sistem destul de centralizat.
În comparație cu mecanismului de consens Proof of Work, în PoS nu există recompensa de bloc; iar creatorii vor primi doar taxele de tranzacții ale blocurilor pe care le-au semnat. Vestea bună e că PoS consumă mult mai puțină energie decât PoW, astfel făuritorii blocului PoS nu au costuri de energie atât de ridicate precum minerii PoW. Cu cât mai mulți participă la rularea unui nod, cu atât mai descentralizat va fi sistemul.
Nothing at stake
Cea mai însemnată problemă de securitate care într-adevăr de regăsește în PoS, se numește problema „nothing at stake”. Aceasta se bazează pe faptul că votarea într-o anumită versiune proof of stake a blockchain nu necesită resurse și, prin urmare, nu are costuri de oportunitate. Din moment ce minatul pe un anumit lanț nu necesită costuri (de oportunitate), minerul nu are nimic pus în joc (nothing at stake). Așadar, minerii raționali ar trebui pur și simplu să mineze pe toate ramurile concurente pe care le văd; astfel încât să maximizeze valoarea profitului pe care-l obțin din minat.
Proof of Stake – Casper (Ethereum)
După cum probabil mulți dintre voi au auzit deja, Ethereum plănuiește implementarea în blockchain a unui nou protocol PoS, denumit Casper. Scopul este îndepărtarea de minatul foarte costisitor – din punct de vedere energetic – pe care-l presupune PoW. Bineînțeles, această trecere trebuie executată prudent, pentru ca Ethereum să nu fie expus la riscuri. Implemtarea PoS presupune luarea unor măsuri de securitate suplimentare – de exemplu, rezolvarea problemei „nothing at stake”.
În Casper, validatorii depun o parte a ETH ca garanție și încep validarea blocurilor. Pe urmă, sunt recompensați proporțional cu valoarea cu care au participat (cu miza plasată); dar în caz că procedează în mod rău intenționat, vor fi pedepsiți prin pierderea ETH-ului. Aceasta este una dintre principalele diferențe dintre Casper și celelalte protocoale PoS: activitățile malițioase sunt pedepsite, iar potențialii atacatori trebuie să piardă ceva; astfel, nu vor putea proceda ca în cazul „nothing at stake”.
Delegated Proof of Stake
O formă alternativă foarte interesantă a PoS este așa-numita „delegated proof of stake” (DPoS). În cazul DPoS, la crearea blocurilor noi nu toată lumea va putea participa în mod direct, ci doar cei pe care comunitatea îi votează. Să ne uităm puțin la exemplul Lisk, pentru a înțelege mai bine cum funcționează DPoS: Cu Lisk, oricine se poate înregistra în schimbul unei anumite taxe. Dar asta nu înseamnă că poate participa la procesul creării de noi blocuri. Pentru ca cineva să devină un fabricant activ de blocuri, trebuie votat de către comunitate (fiecare utilizator Lisk își poate vota delegatul, iar votul are o greutate proporțională cu soldul său).
Blocuri noi vor putea crea doar primii 101 delegați care au adunat cele mai multe voturi. Fiecare fabricant activ de blocuri va putea decide ce procent al recompensei Lisk va împărți cu cei care l-au votat. În mod firesc, lumea este stimulată să voteze. Avantajul DPoS este că asigură un sistem mai democratic și eficient, în vederea realizării consensului. În comparație cu Bitcoin și timpul mediu de 10 minute necesar creării blocului său, cel al Lisk este în jurul a doar 10 secunde – deci validează un bloc nou în decurs de numai 10 secunde.
Unul dintre dezavantajele ce trebuie luate în considerare în acest sistem este că majoritatea delegaților importanți formează grupuri majore, și obligă votanții să voteze întregul grup, în vederea obținerii recompensei depline. Dacă utilizatorul nu procedează în acest fel, va primi o recompensă mai – în caz că n-a votat întregul grup. Această procedură creează doar stimulente economice, dar în realitate nu susține un sistem democratic.
Proof of Importance
Următorul pe lista acestor mecanisme de consens este Proof of Importance (PoI), care seamănă foarte mult cu PoS. Acesta a fost introdus de către NEM. În PoI, crearea noilor blocuri se cheamă „recoltare” (harvesting). Față de PoS, principalul avantaj pare a fi „scorul de importanță” și un sistem de securitate care previne problema „nothing at stake”. „Scorul de importanță” nu ia în considerare doar soldul utilizatorului, ci și frecvența/tendința tranzacțiilor, ceea ce duce la un rezultat final care stabilește șansele recoltării noului bloc. Prin această metodă utilizatorii sunt stimulați să utilizeze și să distribuie monedele, în loc de a le păstra în vederea îmbogățirii.
Proof of Burn
Proof of Burn (PoB) este alternativa PoW și PoS; implică „arderea” unor valute PoW ce au fost minate, prin trimiterea monedelor pe o adresă indisponibilă (ce nu poate recuparată). Aceste tranzacții sunt înregistrate pe blockchain, iar utilizatorii sunt recompensați pentru executarea acestora. Mecanismul de stimulare al acestei metode constă în motivarea utilizatorilor ca aceștia să sacrifice o anumită cantitate de monede pe termen scurt, iar ulterior să poată profita prin mecanismul de recompensă al PoB; să obțină astfel profituri pe termen lung.
Cu cât mai multă valută este dispus utilizatorul să piardă la început, cu atât mai mare va fi șansa să poată mina noul bloc și să obțină recompensa. Avantajul PoB este că se prezintă sub forma unui proiect de care oamenii se pot lega pe termen lung; și pe care foarte probabil îl acceptă atunci când participă la activitățile PoB. Pe de altă parte, un neajuns însemnat este faptul că, cu cât vei putea „arde” mai mulți bani, cu atât vei câștiga mai mult – deși rezultatul pozitiv nu este garantat, acest proces transformă oamenii deja bogați, în și mai avuți. În plus, procesul arderii unor monede PoW poate fi considerată o risipă de energie – prima dată este utilizat curent electric pentru minat, pe urmă se petrece arderea, iar monedele devin inutilizabile.
Proof of Authority
Proof of Authority (PoA) este forma alternativă a PoS, unde identitatea și reputația servesc ca miză, în locul valorii monetare. În PoA, validatorii trebuie identificați personal în cadrul platformei și este obligatoriu ca identitatea lor să fie reală. Prin această formă de mecanism de consens, validatorii își dezvăluie identitatea în schimbul obținerii dreptului de creare al noilor blocuri, ceea ce înseamnă că toate beneficiile activităților desfășurate de validatori sunt publice; dar, în același timp, și activitățile malițioase. Acesta poate fi privit de către validatori ca un mecanism de stimulare eficient, util pentru asigurarea securității rețelei pe termen lung, din moment ce toate acțiunile și activitățile acestora se leagă de renumele lor.
Proof of Elapsed Time
Proof of Elapsed Time (PoET) este mecanismul de consens introdus de Intel. PoET se bazează pe un set special de comenzi CPU, denumit Intel Software Guard Extensions (SGX). SGX permite aplicațiilor rularea într-un mediu sigur a codurilor de încredere. Dintre celelalte mecanisme de consens, scopul acestuia este asemănător PoW; cu diferența că încearcă realizarea consensului distribuit fără introducerea unei părți de minat, consumatoare de energie.
PoET funcționează în felul următor: în rețeaua blockchain există numeroase noduri; care creează un timp aleatoriu de așteptare și încep să aștepte. Nodul ce dispune de cel mai mic timp aleatoriu de așteptare va putea integra un nou bloc în blockchain; iar „runda” se termină. Pe urmă, acest proces va fi repetat iar și iar; în fiecare rundă un alt nod va crea un bloc nou. Este un proces de lucru asemănător PoW, cu diferența că nu există activitate de minat; prin urmare, consumă mult mai puțin curent electric.
Proof of Capacity
Proof of Capacity (PoC) funcționează în așa fel încât permite minerilor utilizarea – pentru minat și adăugarea de noi blocuri la blockchain – spațiului liber disponibil pe hard disk. Minerii (dispozitivele de minat) pot stoca pe hard disk lista posibilelor soluții, încă dinaintea începerii efective a procesului de minat.
Cu cât există mai mult spațiu liber disponibil, cu atțt mai multe soluții pot fi stocate; astfel, șansa găsirii hash-ului țintă și minarea unui bloc nou, este mai mare. Recompensa va fi plătită proporțional (în moneda mativă), în funcție de cât spațiu liber hard disk pune nodul la dispoziția rețelei. Filecoin, Storj și Burstcoin sunt acele proiecte blockchain care au ales să utilizeze PoC, dintre celelalte mecanisme de consens.
Tendermint
Tendermint poate fi privit ca protocolul folosit la construirea blockchain-urilor Byzantine Fault Tolerant (BFT). Este format din două componente tehnice principale: „Motorul de consens” – Tendermint Core – și o „interfață generică a aplicației”. Prima, Tendermint Core, este cea care asigură tranzacțiile identice să fie înregistrate în aceeași ordine pe fiecare calculator.
Pe urmă, interfața de utilizator Application BlockChain Interface (ABCI) permite prelucrarea tranzacțiilor în orice limbaj de programare. Spre deosebire de alte soluții blockchain și de consens, care sunt ambalate în mașini de stare integrate, dezvoltatorii pot utiliza Tendermint pentru replicarea mașinilor de stare BFT ale aplicațiilor scrise în orice limbaj, și într-un mediu care le corespunde. Un exemplu de proiect care folosește Tendermint este Cosmos.
