Различные типы алгоритмов консенсуса

Алгоритм консенсуса — это процедура, используемая в информатике, при которой участники распределённой сети согласовывают состояние сети или состояние одного значения данных и выстраивают доверие среди неизвестных друг другу участников в сети.

Алгоритмы консенсуса разработаны так, чтобы участники блокчейна приходили к соглашению о валидации транзакции в сети, изменении параметров сети, определении того, какие узлы заслуживают доверия для обработки новых блоков, а также выполняли другие важные функции.

Не позволяйте технической природе этой статьи сбить вас с толку — «консенсус» окружает нас повсюду — это очень человеческое понятие, но применённое к тому, что можно автоматизировать.

Для начала: в централизованных системах задачи консенсуса выполняются центральным органом.

В децентрализованных системах, таких как Bitcoin, у нас есть сеть, состоящая из сотен, тысяч и даже сотен тысяч майнеров или узлов, которые присоединяются, чтобы выполнять одну или несколько задач, и обеспечивают надёжную и эффективную экосистему.

Если рассматривать децентрализованный консенсус на этом примере, предположим, что вы находитесь в компании из четырёх друзей, и один из участников, Алекс, представляет пятого человека — Боба. Когда Боб уходит, с высокой вероятностью группа начнёт обсуждать Боба (это протокол), чтобы понять, понравился ли он им (результатом будет «консенсус»)

Хосе: «Боб, похоже, классный парень.»

Кевин: «Да, классный парень. Как вы с ним познакомились?»

Алекс: «Он был на одном из моих курсов по финансам в колледже; мы делились советами по крипто-трейдингу, и в итоге он оказался довольно смешным парнем.»

Кевин: «Отлично, но его мемы были просто супер странными.»

Джон: «Ты просто не понимаешь мемную культуру.»

Хосе: «Да, ты не проводишь много времени, скролля TikTok — мне показалось, что они довольно смешные.»

В этом примере «консенсус» был достигнут по тому, насколько хорошо Боб вписывается в компанию друзей. Часто существует необходимый консенсус мнения даже при отсутствии конкретных обязательств или контрактов, заключённых. Один участник, Кевин, неохотно относится к тому, чтобы впускать Боба в группу, но Хосе, Алекс и Джон относятся к Бобу нормально.

В этом случае, если бы мы попытались формализовать приведённый выше пример в алгоритм консенсуса: тогда это будет 3 «он классный» и 1 «он классный, но я не уверен насчёт XYZ» — и всё равно получится «он классный». Побеждает большинство, так что Боб сможет тусоваться с «классными ребятами» несмотря на мнение Кевина.

Например, Bitcoin создан, чтобы находить консенсус по тому, являются ли новые транзакции валидными («классными») или нет.

Здесь мы рассмотрим самые популярные — и не очень популярные — типы алгоритмов консенсуса блокчейна в публичных и частных сетях.

Что такое Proof of Work?

Proof of Work (PoW) — самый популярный и самый старый алгоритм консенсуса, который появился вместе с созданием Bitcoin в 2009 году Сатоши Накамото. Система PoW состоит из глобальной сети майнеров — называемых сетевыми узлами — которые конкурируют за то, чтобы решить математические головоломки. Майнер, которому успешно удаётся решить головоломку, получает право добавить новый блок в блокчейн и получает награду, выплачиваемую новой-образуемой криптовалютой.

Proof of work по сути — это способ для майнера показать доказательства того, что он предоставил вычислительную мощность для достижения сетевого консенсуса и валидации подлинности каждого блока. Кроме того, каждый блок (транзакция) располагается в последовательном порядке, устраняя риск двойного расходования.

На данный момент PoW был самым надёжным механизмом консенсуса для криптовалютных блокчейнов. Чтобы изменить сеть, злоумышленнику нужно было бы перевычислить (перемайнить) все существующие блоки в цепочке. Чем больше растёт блокчейн, тем сложнее монополизировать вычислительную мощность сети, поскольку для этого потребовалось бы огромное потребление энергии и дорогостоящее оборудование.

Как только майнер решает головоломку, он находит nonce (сокращение от number used once — «число, используемое один раз»