Механизм консенсуса, понятие и основные типы

Механизм консенсуса является одним из базовых понятий в технологии блокчейн, на котором функционирует большинство криптовалют. Его понимание позволит глубже разобраться в природе криптовалютных транзакций и функционировании блокчейн сетей.

Для того, чтобы подойти к понятию механизма консенсуса, обратимся к различиям между централизованными и децентрализованными сетями. Так в первом случае решения в сети принимаются централизованным органом, в децентрализованной системе такой единый орган отсутствует, и участники вынуждены договариваться между собой об условиях подтверждения операций в сети и координировать с учетом этого свою деятельность.

Алгоритм консенсуса как раз и заключается в механизме координации действий пользователей в сети для обеспечения ее функционирования.

Само понятие консенсус — это определённое соглашение о правилах, которые принимают участники в данном случае децентрализованной сети для решения задачи передачи ценности без участия централизованного участника. Задача распределенного консенсуса не специфична для блокчейнов и имеет хорошо проверенные решения для многих других распределенных систем, в том числе, например, баз данных NoSQL.

Алгоритм консенсуса обладает следующими свойствами:

• Устанавливает требования к валидаторам (участникам сети, подтверждающим проведение транзакции) об их участии в процессе подтверждения операций своей долей, мощностями и другими ресурсами;

• Система компенсаций за использование мощностей, доли: валидаторы получат комиссию за те транзакции, осуществление которых они обеспечили;

• Система консенсуса должна быть прозрачной, обеспечивающей возможность перепроверки любым участником сети;

• Отказоустойчивость консенсуса, что дает возможность функционирования сети даже в случае, если часть участников сети (не большая часть) не следуют общим правилам соглашения.

• С отказоустойчивостью алгоритма консенсуса связывают «задачу Византийских генералов». Смысл задачи, если не уходить в математические и крипто логические изыскания, состоит в необходимости выработки единой для всех участников сети стратегии принятия решений, даже в ситуации, когда кто-то из участников действует в своих, а не общих интересах.

Первоначально задача состояла в том, что существует 2 генерала, посередине расположения войск которых находится войско противника, а сила каждой из армий генералов по-отдельности явно недостаточна для борьбы с ним. В этой связи каждый из генералов хочет согласовать совместное начало наступления и посылает для этого гонца, но на пути гонца расположение вражеских войск и возможно гонец будет захвачен, а сообщение не доставлено. При этом даже если гонец дойдет до другого генерала с вестью о времени атаки, то с подтверждением он должен будет опять пройти через вражеские территории и соответственно может быть схвачен и ответное послание не дойдет. В таком описании задача Византийских генералов по согласованию времени начала наступления является нерешаемой.

Впоследствии в эту же задачу было добавлено несколько кардинальных вводных: а) число генералов с 2-х возросло до нескольких; б) любой из генералов может солгать о своих планах и оказаться предателем; в) каждому генералу подчинено свое войско, которое исполняет его указание, но общее указание всем генералам поступает от верховного главнокомандующего.

Для достижения консенсуса здесь командир и каждый подчиненный должны договориться об одном и том же решении. Алгоритм достижения консенсуса в этом случае основан на большинстве решений, которые видят подчиненные.

Какое отношение «задача «Византийских генералов» имеет к блокчейн сетям и механизму консенсуса в них? Дело в том, что как раз решение этой усовершенствованной задачи и лежит в основе принятия решений в децентрализованной сети, где злоумышленники захотят присвоить средства себе и не подтвердить какую-либо транзакцию, либо, наоборот, без применения механизма консенсуса мошенниками может быть организована так называемая транзакция двойной траты, то есть подтверждение отправки одних и тех же средств двум участникам сети.

Протоколы консенсуса помогают убедиться, что все узлы синхронизированы друг с другом и согласовывают транзакции, которые являются законными и добавляются в новые блоки в сеть.

Процесс достижения консенсуса в широко распространенной базе данных, такой как блокчейн, был бы невозможен, если бы не интеллектуальный алгоритм, способный автоматически проверять и подтверждать новые транзакции в сети.

Типы механизмов консенсуса

В зависимости от ряда факторов (безопасность, сложность, скорость операций) в разных блокчейнах применяется различный тип механизма консенсуса, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки, рассмотрим наиболее распространённые из них.

Proof of Work (Доказательство работы)

Это самый распространённый тип консенсуса, он применяется, например, в сетях Bitcoin и Litecoin. Принцип работы PoW заключается в том, что валидаторы сети, называемые майнерами, конкурируют за право добавить новый блок в блокчейн. Используя вычислительные мощности, майнеры осуществляют нахождение хэша блока для подтверждения транзакций и за него получают вознаграждение, выплачиваемое из комиссии за транзакцию.

Этот тип консенсуса считается затратным с точки зрения ресурсов: энергии, вычислительных мощностей ASIC, а также не самым быстрым относительно других типов консенсусов. Вместе с тем ряд экспертов в области экологии считают проблему «грязного» энергопотребления майнеров достаточно существенной с точки зрения негативного влияния на природу и предлагают добывать так называемый «зеленый биткоин», при добыче которого использовались бы альтернативные источники энергии.

Proof of Stake (Доказательство доли)

Этот тип консенсуса характеризуется тем, что выбор следующего блока для добавления в блокчейн происходит на основе доли (стейка) криптовалюты, владение которой подтверждается валидаторами, хранящими определённый объем криптовалюты (эти средства на период стейкинга блокируются в кошельке). Валидаторы, чей блок будет выбран протоколом, получат часть комиссий за транзакции в зависимости от размера их доли (стейка). Данный тип консенсуса применяется в сетях Ethereum, Solana.

Противоборство этих двух типов механизмов консенсуса вызывает споры между специалистами, которые видят в каждом из них свои сильные и слабые стороны.

Существуют и другие механизмы консенсуса: доказательство активности, доказательство репутации, доказательство сжигания, доказательство мощности, доказательство истекшего времени, доказательство исторических событий и ряд других механизмов. Их освещению мы посвятим один из наших ближайших материалов.

Каждый механизм консенсуса имеет свои преимущества и недостатки. Доказательство работы и доли являются наиболее распространенными, при этом в ряде сетей возможно использование нескольких механизмов консенсуса одновременно.

Таким образом механизмы консенсуса являются важной составляющей функционирования блокчейн сетей, они проверяют данные транзакций по определенному механизму, без необходимости использования централизованной структуры, при этом обеспечивают соблюдение интересов большинства участников сети. Также механизмы консенсуса создают отказоустойчивую среду, в которой вам не нужно доверять честности другой стороны транзакции, потому что она гарантируется технологией, обеспечивающей неизменность и безопасность информации.

Обо всех случаях, связанных с конкретными адресами криптовалюты и рассматриваемыми рисками, Вы можете сообщить на сайте в разделе «Сообщить о подозрительном адресе», чтобы уберечь других пользователей от рисков взаимодействия с такими адресами и их владельцами.