Jenis-jenis Algoritma Konsensus

Algoritma konsensus adalah prosedur yang digunakan dalam ilmu komputer di mana para peserta dari sebuah jaringan terdistribusi sepakat mengenai keadaan jaringan atau keadaan satu nilai data, serta membangun kepercayaan di antara rekan-rekan yang belum dikenal dalam jaringan.

Algoritma konsensus dirancang agar anggota sebuah blockchain mencapai kesepakatan untuk memvalidasi sebuah transaksi pada jaringan, mengubah parameter jaringan, menentukan node mana yang dapat dipercaya untuk memproses blok-blok baru, dan fungsi-fungsi penting lainnya.

Jangan biarkan sifat teknis artikel ini menghalangi Anda—“konsensus” ada di sekitar kita di mana-mana—ini adalah gagasan yang sangat manusiawi, namun diterapkan pada sesuatu yang dapat diotomatisasi.

Untuk memulai, dalam sistem terpusat, tugas konsensus dijalankan oleh otoritas pusat.

Dalam sistem terdesentralisasi seperti Bitcoin, kita memiliki sebuah jaringan yang terdiri dari ratusan, ribuan, bahkan ratusan ribu penambang atau node yang bergabung untuk menjalankan satu atau lebih tugas dan menyediakan ekosistem yang andal serta efisien.

Memikirkan konsensus terdesentralisasi dengan contoh ini, misalkan Anda berada dalam sebuah kelompok yang terdiri dari empat teman, dan salah satu anggotanya, Alex, memperkenalkan orang kelima, Bob. Ketika Bob pergi, kemungkinan besar, kelompok tersebut akan mulai membicarakan Bob (ini adalah protokol) untuk melihat apakah mereka menyukainya (hasilnya akan menjadi “konsensus”)

José: “Bob kelihatannya pria yang keren.”

Kevin: “Iya, pria keren. Kamu ketemu dia gimana?”

Alex: “Dia ada di salah satu kelas keuangan saya waktu kuliah; kami saling berbagi tips trading crypto, dan akhirnya dia orangnya cukup lucu.”

Kevin: “Sip, tapi meme-nya tuh bener-bener aneh.”

John: “Kamu nggak paham budaya meme.”

José: “Iya, kamu juga nggak banyak waktu buat nge-scroll TikTok—menurut saya mereka cukup lucu.”

Dalam contoh ini, “konsensus” dicapai mengenai apakah Bob terintegrasi dengan baik ke dalam kelompok pertemanan. Sering kali ada konsensus pendapat yang diperlukan bahkan tanpa komitmen atau kontrak spesifik yang dibuat. Satu peserta, Kevin, ragu untuk mengizinkan Bob masuk ke kelompok, tetapi José, Alex, dan John oke dengan Bob.

Dalam kasus ini, jika kita mengodekan contoh di atas menjadi sebuah algoritma konsensus: Maka akan menjadi 3 “dia keren” dan 1 “dia keren tapi saya belum yakin dengan XYZ” yang tetap menghasilkan “dia keren.” Mayoritas menang, jadi Bob bisa ikut nongkrong dengan anak-anak yang keren meski menurut pendapat Kevin.

Bitcoin, misalnya, dibangun untuk menemukan konsensus apakah transaksi baru valid (“keren”) atau tidak.

Di sini kita akan meninjau jenis-jenis algoritma konsensus blockchain yang paling populer—dan yang tidak terlalu populer—di seluruh jaringan publik dan privat.

Apa itu Proof of Work?

**Proof of Work (PoW) adalah algoritma konsensus paling populer dan paling tua yang hadir sejak pembuatan Bitcoin pada 2009 oleh Satoshi Nakamoto. **Sistem PoW terdiri dari jaringan global penambang—yang disebut node jaringan—yang bersaing untuk memecahkan teka-teki matematis. Penambang yang berhasil memecahkan teka-teki memenangkan hak untuk menambahkan blok baru ke blockchain dan menerima hadiah yang dibayarkan dalam mata uang kripto yang baru diciptakan.

Proof of work pada dasarnya adalah cara penambang menunjukkan bukti bahwa mereka telah menyediakan daya komputasi untuk mencapai konsensus jaringan dan memvalidasi keaslian setiap blok. Lebih lanjut, setiap blok (transaksi) diatur dalam urutan berurutan, sehingga menghilangkan risiko double spending.

Sejauh ini, PoW adalah mekanisme konsensus paling aman untuk blockchain kripto. Mengubah jaringan akan mengharuskan penyerang untuk melakukan re-mine semua blok yang ada di rantai tersebut. Semakin besar blockchain bertumbuh, semakin sulit untuk memonopoli daya komputasinya karena itu akan memerlukan konsumsi energi yang sangat besar dan perangkat keras yang mahal.

Setelah seorang penambang memecahkan teka-teki, ia menemukan nonce (singkatan dari number used once) yang menghasilkan hash dengan nilai lebih rendah atau sama dengan nilai yang ditetapkan oleh tingkat kesulitan jaringan.

Nonce adalah bagian sentral dari sistem PoW karena akan memungkinkan penambang membuat header blok yang di-hash dengan fungsi hash SHA-256, yang berarti menempatkan nomor referensi untuk sebuah blok dalam sebuah rantai. Header blok juga berisi timestamp dan hash dari blok sebelumnya.

Kekurangan PoW

Penambang perlu menyediakan daya komputasi yang cukup besar untuk memecahkan teka-teki. Namun karena perhitungannya rumit, jumlah energi yang dikonsumsi satu S9 Antminer biasanya berada di antara 1400 – 1500 watt per jam untuk hash rate 14.5 TH/s. S19, versi yang lebih bertenaga, mengonsumsi 3250 watt per jam pada hash rate 110 TH/s.

Dengan sedikit matematika, kita bisa menghitung jumlah energi yang dikonsumsi pusat data atau perusahaan penambang dengan ratusan atau ribuan perangkat penambangan (mining rigs) di satu lokasi setiap hari. Konsumsi energi yang tinggi dan kerusakan lingkungan adalah kritik utama yang muncul dari proof of work.

Untuk memberi gambaran, Sebelum Ethereum beralih ke Proof of Stake, penambang Ethereum di seluruh dunia mengonsumsi sekitar 10 TWh/yr, sama seperti Republik Ceko.

Suara keras tersebut juga membahayakan tingkat pendengaran manusia—di atas 80 dBa. Inilah sebabnya mengapa perangkat penambangan biasanya disimpan di ruang bawah tanah atau fasilitas penambangan untuk menghindari mengganggu aktivitas sehari-hari.

Apa itu Proof of Stake?

Proof of Stake (PoS) adalah algoritma konsensus paling populer kedua. Alih-alih penambang, blockchain PoS memiliki validator jaringan yang menggunakan koin/token mereka sebagai bukti komitmen mereka pada jaringan, bukan daya komputasi.

Staking berarti “mengunci” aset kripto untuk periode waktu di sebuah platform blockchain, yang sebagai balasannya memberi imbalan kepada pengguna dengan lebih banyak mata uang kripto.

PoW vs. PoS: Perbedaan Utama

Pada PoS, pengguna dapat melakukan staking sebagian dari aset mereka semata-mata untuk menghasilkan pendapatan pasif. Opsi lainnya adalah menjadi validator. Berbeda dengan sistem PoW, validator tidak bersaing untuk membuat blok baru karena mereka dipilih secara acak oleh sebuah algoritma. Semakin banyak koin/token yang di-stake pengguna, semakin besar peluang mereka menjadi validator dan membuat blok-blok baru di blockchain.

Pada sistem PoW, waktu untuk menghasilkan blok baru ditentukan oleh tingkat kesulitan penambangan; semakin banyak peserta yang bergabung ke jaringan, semakin besar hashpower, yaitu daya komputasi yang diperlukan untuk menambang blok-blok baru. Sebaliknya, blockchain PoS memiliki waktu pembuatan blok yang tetap yang dibagi ke dalam slot—waktu yang dibutuhkan untuk membuat sebuah blok—dan epoch, yang merupakan unit waktu yang terdiri dari slot.

Untuk menjelaskannya dengan lebih baik, satu slot di Ethereum terdiri dari 12 detik, yaitu durasi yang dibutuhkan jaringan untuk membuat sebuah blok, dan 32 slot membentuk satu epoch. Oleh karena itu, satu epoch adalah 6,4 menit. Setiap slot dalam blockchain PoS memiliki jumlah validator yang telah ditentukan sebelumnya yang memberikan suara mengenai validitas blok yang diajukan. Jika blok valid, blok itu ditambahkan ke rantai, dan proposer blok serta attestor menerima imbalan dalam ETH.

Blockchain PoS menghukum aktor berbahaya yang menyerang jaringan dengan serangan bergaya 51%, yang disebut slashing, di mana validator yang jujur mengeluarkan validator berbahaya dari jaringan dan menguras saldo mereka. Hal ini membuat aktor berbahaya enggan menyerang jaringan karena jumlah dana yang di-stake yang dibutuhkan tergolong sangat tinggi. Dalam kasus Ethereum, 32 ETH.

Kelebihan PoS:

• Lebih hemat energi dibandingkan PoW
• Lebih cocok untuk bekerja dengan solusi layer-2 dibandingkan PoW
• Mampu mencapai throughput yang lebih tinggi karena konsensus ditetapkan sebelum blok diteruskan.
• Lebih murah dibandingkan blockchain PoW karena tidak memerlukan perangkat keras kelas atas untuk membuat blok baru.

Kekurangan PoS

• Sistem PoS masih dapat dipengaruhi oleh sentralisasi jika validator dengan jumlah besar token yang di-stake dapat memengaruhi jaringan.
• Kurang terbukti dari sisi keamanan dibandingkan blockchain PoW.

Apa itu Proof of History?

**Proof of History (PoH) adalah algoritma konsensus yang diperkenalkan oleh blockchain Solana dan terdiri dari menempatkan timestamp pada semua peristiwa di jaringan untuk membuktikan bahwa peristiwa tersebut terjadi pada waktu yang ditentukan. **PoH dapat digambarkan sebagai jam kriptografis yang mengonfirmasi transaksi dalam urutan berurutan.

Solana menggabungkan pendekatan PoH-nya dengan PoS. Oleh karena itu, peserta jaringan harus melakukan staking SOL untuk menjadi validator dan memproses blok-blok baru, dan mekanisme PoH memverifikasi validitas transaksi-transaksi tersebut yang terjadi secara real-time. Dengan kata lain, PoH menjaga keamanan, sementara PoS menghadirkan jaringan validator yang dapat memverifikasi timestamp dan mengonfirmasi transaksi.

Namun, Solana mengorbankan desentralisasi untuk menyediakan throughput transaksi yang sangat cepat. Blockchain bergantung pada arsitektur semi-terpusat di mana sebuah node tunggal dipilih sebagai leader yang bertanggung jawab mengimplementasikan satu sumber waktu, yaitu jam PoH, dan semua node lain harus mengikuti urutan waktu sesuai dengannya. Para leader dipilih secara berkala melalui pemilihan PoS.

Meski Solana termasuk salah satu blockchain tercepat di industri, Solana juga secara rutin mengalami downtime. Sejak peluncurannya pada 2020, jaringan mengalami sekitar sepuluh downtime, lima di antaranya terjadi pada 2022. Alasan utama terjadinya gangguan ini adalah “node yang salah konfigurasi.”

Apa itu Delegated Proof of Stake?

Delegated Proof of Stake** (DPoS) adalah variasi dari konsep PoS di mana komunitas memainkan peran yang sentral.**

Pada blockchain DPoS, anggota komunitas melakukan staking mata uang kripto mereka untuk memilih saksi (witness) atau delegat berikutnya untuk produksi blok. Untuk melakukan ini, pengguna harus mengumpulkan token mereka ke dalam staking pool blockchain lalu mengaitkan dana tersebut ke delegat yang ditentukan.

DPoS dikembangkan oleh mantan CTO EOS Dan Larimer, yang mengimplementasikan algoritmanya di BitShares pada 2015. Larimer dan para pendukung DPoS lainnya mengatakan bahwa DPoS memperluas cakupan demokrasi karena komunitaslah yang memilih validator berikutnya. Saat ini, blockchain seperti TRON dan Cardano menggunakan DPoS.

Namun, kritik untuk DPoS adalah metodologinya menguntungkan pengguna yang kaya. Mereka yang memiliki banyak token dapat memiliki pengaruh yang lebih besar di jaringan. Vitalik Buterin adalah salah satu pengkritik awal DPoS, yang mengklaim dalam sebuah posting blog bahwa algoritma konsensus ini memberi insentif kepada para witness untuk membentuk kartel dan menyuap pemilih demi dukungan.

Apa itu Proof of Authority?

**Proof of Authority (PoA) adalah algoritma konsensus di mana hanya anggota yang diizinkan yang dapat berinteraksi dengan blockchain, melakukan transaksi, membuat atau menyarankan perubahan parameter jaringan, meninjau riwayat transaksi, dll. **

Istilah ini diciptakan oleh Gavin Wood, seorang pengembang blockchain yang ikut mendirikan Ethereum, Polkadot, dan Kusama Network.

Pada blockchain PoA, **segalanya berkaitan dengan reputasi—peserta jaringan melakukan staking identitas mereka, bukan koin. **Mereka menyediakan tingkat skalabilitas dan throughput yang lebih tinggi karena hanya bergantung pada jumlah terbatas validator. Kita mungkin menganggap ini sebagai model yang sangat tersentralisasi, tetapi blockchain PoA biasanya bersifat privat dan lebih cocok untuk perusahaan serta organisasi yang menggunakan teknologi blockchain untuk meningkatkan bisnis dan sistem operasional.

Apa itu Proof of Elapsed Time?

Proof of Elapsed Time (PoET) adalah algoritma konsensus lain yang paling baik bekerja dengan blockchain privat.

Algoritma PoET pertama kali diperkenalkan oleh pengembang perangkat lunak Intel dan diimplementasikan ke Hyperledger Sawtooth, yang ditujukan untuk blockchain privat dan institusi.

Algoritma ini mungkin tidak sepopuler blockchain lain karena tidak didefinisikan dengan memadai. Namun idenya adalah menyajikan mesin siap pakai bergaya Nakamoto yang memungkinkan blockchain privat memilih produsen blok berikutnya. Dan bagaimana cara mereka berbeda? Nah, algoritma tersebut menghasilkan “random wait time” untuk setiap node jaringan, dan selama waktu itu node harus “sleep.” Node dengan durasi tunggu paling singkat akan bangun lebih dulu dan memenangkan hak untuk memproduksi blok di dalam rantai.

Jadi, perbedaan utamanya adalah penambang dalam PoET tidak menjalankan operasi 24/7 dan mengonsumsi energi lebih sedikit. Selanjutnya, pada jaringan PoW, penambang bersaing untuk meng-hash header blok berikutnya, sedangkan pada PoET itu lebih merupakan sistem seleksi acak.

FAQ Algoritma Konsensus:

Apakah Ethereum akan menjadi lebih cepat sekarang setelah beralih ke PoS?

Salah satu kesalahpahaman yang umum adalah bahwa Ethereum akan otomatis melakukan penskalaan sekarang setelah menjadi blockchain berbasis PoS. Namun, transisi ini dilakukan untuk meningkatkan Ethereum dengan:

• Menurunkan konsumsi energi
• Menurunkan hambatan masuk dengan menghilangkan kebutuhan perangkat keras
• Memungkinkan penalti ekonomi untuk perilaku salah node
• Memperkenalkan model baru untuk emisi token
• Dan infrastruktur yang lebih baik untuk bekerja dengan solusi Ethereum Layer-2.

**Apa itu blockchain permissionless dan permissioned?: **

Blockchain permissionless mengacu pada blockchain publik di mana siapa pun dapat melakukan transaksi, meninjau riwayat transaksi, melakukan staking koin, menjadi validator, dll. Di sisi lain, pada blockchain permissioned (privat), hanya anggota yang memiliki izin yang dapat mengakses jaringan untuk melakukan transaksi, berinteraksi dengan node jaringan, melacak aktivitas on-chain, dll.

Apakah PoW algoritma konsensus paling aman? PoW punya sejumlah kekurangan, tetapi sejauh ini, PoW adalah cara yang paling terbukti dan tepercaya untuk menjaga konsensus jaringan dan keamanan dalam sebuah blockchain.

Pemikiran Akhir: algoritma konsensus dijelaskan

Blockchain adalah teknologi yang mampu menyelesaikan banyak tantangan dan titik sakit dalam berbagai industri, tidak hanya perbankan dan keuangan. Namun, blockchain juga memiliki bagiannya dari hambatan. Karena itu, para pengembang telah membuat berbagai jenis dan versi algoritma konsensus untuk menangani masalah umum, seperti sentralisasi, kurangnya skalabilitas, dan throughput yang rendah.

Namun, membicarakan masa depan algoritma blockchain itu sulit karena satu tantangan: The Blockchain Trilemma. Pertama kali diuraikan oleh Vitalik Buterin, hal ini menyatakan ketidakmampuan jaringan blockchain untuk menyediakan dua dari tiga manfaat: desentralisasi, keamanan, dan skalabilitas. Ada beberapa platform blockchain, seperti Fantom dan Solana, yang telah mengimplementasikan versi hibrida mereka sendiri dari algoritma konsensus dalam upaya memecahkan trilemma blockchain, tetapi tidak ada yang benar-benar berhasil sejauh ini.

Pendekatan teknis lainnya telah dibuat untuk meningkatkan properti blockchain, dan salah satu yang paling populer adalah layer-2s, yaitu rantai yang terhubung ke layer-1, misalnya Arbitrum dengan Ethereum, dan sharding, yang membagi seluruh blockchain menjadi banyak jaringan yang lebih kecil. Namunerin menganggap sharding sebagai pendekatan terbaik untuk menyediakan tiga properti dari sebuah blockchain yang sempurna.