Decentraliserade Nätverk och Konsensusalgoritmer
Blockkedjeteknikens decentraliserade och distribuerade nätverk skapar ett system som minskar risken för korruption och erbjuder förbättrad säkerhet, transparens och oföränderlighet. Det här är allmänt känt. Men har du någonsin undrat hur ett system utan en central auktoritet kan styras eller hur beslut tas om att verifiera transaktioner?
Ett av blockkedjeteknikens främsta löften är att skapa ett pålitligt peer-to-peer-system där en gemenskap bidrar till att bekräfta transaktioners autenticitet. Men hur går detta till i praktiken? Det finns olika metoder inom blockkedjorna, så kallade konsensusalgoritmer.
Dessa algoritmer, även kända som konsensusprotokoll, är en uppsättning regler som styr hur nätverken fungerar. Om du tycker det här är intressant, följ med oss i den här omfattande guiden där vi går igenom vad konsensusalgoritmer är, deras syften, hur de fungerar och skillnaderna mellan de två mest använda algoritmerna idag.
Hur fungerar blockkedjor?
Blockkedjan är ett system för registrering av information som inte går att ändra eller hacka. Den kallas också för Distributed Ledger Technology (DLT) och använder kryptografisk hashning för decentralisering för att skapa en säker och transparent historik över digitala tillgångar.
Blockkedjor fungerar i mer komplexa system, men en analogi som kan belysa funktionen är Google Docs. Istället för att kopiera och skicka dokument fram och tillbaka kan alla i ett team dela och distribuera ett dokument som skapats via Google Docs.
Google Docs använder en decentraliserad distributionskedja där alla medlemmar kan komma åt dokumentet samtidigt. Alla ändringar som görs i dokumentet registreras i realtid och är transparenta, eftersom ingen medlem är utestängd.
Varje block i kedjan består av flera transaktioner. När en användare lägger till en ny transaktion i blockkedjan, registreras den transaktionen i alla deltagares liggare.
På samma sätt, om en användare ändrar ett block i kedjan, blir det synligt för alla deltagande datorer att en förändring har gjorts. För att lyckas korrumpera systemet måste en hackare ändra alla block i kedjan i varje distribuerad version av kedjan.
Vad är en Konsensusmekanism för Blockkedjan?
En konsensusmekanism är en metod som används för att nå beslut och säkerställa att avtal följs inom en grupp människor utan en överordnad central auktoritet. En konsensusalgoritm för blockkedjor syftar på den process där användare eller deltagare i ett blockkedjenätverk enas om blockkedjans realtidsstatus.
Konsensusprotokollet gör att blockkedjenätverket kan uppnå tillförlitlighet och skapa förtroende mellan olika noder, förutom att det säkerställer trygghet inom den distribuerade huvudboken. En konsensusalgoritm blir en viktig del av varje blockkedjeapplikation eller DApps-projekt inom blockkedjan.
Blockkedjors konsensusmekanismer ansvarar generellt för tre saker:
- De ser till att nästa block i kedjan är den enda sanna versionen.
- De hindrar angripare med illvilja att uppnå 51 % hashrate och på så vis ta kontroll över systemet och splittra kedjan.
- De garanterar ett nätverks pålitlighet, vilket är avgörande eftersom det bekräftar nätverkets integritet. En central aspekt av konsensusmekanismer är att garantera att användare inte spenderar samma kryptovaluta två gånger (så kallade dubbla utgifter).
Andra leverantörer av finansiella tjänster som kredit- och betalkortsföretag använder inte konsensusmekanismer eftersom de kontrollerar sina egna nätverk, till skillnad från blockkedjeföretag. När du använder deras kreditkort skickas informationen till en central databas. Kreditkortsanvändare litar på att företagen skyddar både deras uppgifter och hanterar transaktionsprocessen på ett säkert sätt.
Eftersom endast kreditkortsföretaget kontrollerar hela nätverket, har de rätten att avvisa eller censurera transaktioner. Förutom risken för censur och oförmågan att lösa tvister, är de flesta centraliserade databaser mycket känsliga för hackerattacker och korruption.
I blockkedjans och kryptovalutornas era blev det möjligt att genomföra peer-to-peer-transaktioner som är pålitliga, oföränderliga och spårbara inom ett decentraliserat nätverk. Eftersom det inte finns någon central auktoritet för att upprätthålla reglerna, ser olika typer av konsensusalgoritmer till att alla deltagare i nätverket är överens och följer reglerna.
Syften med Blockkedjors Konsensusmekanismer
Här är några av de främsta målen för blockkedjors konsensusmekanismer.
#1. Enhetlig Överenskommelse
Att uppnå en enhetlig överenskommelse är ett av huvudmålen med en konsensusmekanism. Protokollen som är inbäddade i blockkedjans distribuerade nätverk säkerställer att all data som matas in under processen är sann och korrekt, och att redovisningens status uppdateras. På så vis kan användare genomföra transaktioner utan att nödvändigtvis behöva bygga upp förtroende med sina medaktörer.
#2. Skapa Gemensamma Ekonomiska Incitament
Eftersom blockkedjan är ett tillitslöst system som reglerar sig självt, måste alla deltagares intressen samordnas. I en sådan situation belönar en konsensusalgoritm de som agerar i enlighet med reglerna och straffar de som försöker fuska, samtidigt som de reglerar de ekonomiska incitamenten.
#3. Rättvisa och Jämlikhet
Konsensusprotokollen ser till att alla användare kan delta i nätverket på samma villkor. Detta motiverar blockkedjesystemets decentralisering och öppen källkod.
#4. Eliminera Fel
Konsensusmekanismer säkerställer också att blockkedjan är konsekvent, pålitlig och fri från fel. Det innebär att systemet kan fungera självständigt hela tiden, även vid fel och hot.
Typer av Blockkedjekonsensusalgoritmer: Proof of Work kontra Proof of Stake
Det finns många konsensusalgoritmer inom blockkedjeekosystemet och många fler utvecklas hela tiden. Varje användare eller entreprenör måste vara bekant med funktionerna i de olika mekanismerna och kunna identifiera dåliga alternativ. Efter att ha lärt sig grunderna i blockkedjors konsensusalgoritmer är det dags att utforska styrkor och svagheter hos de två mest populära konsensusmetoderna.
Proof of Work (PoW) och Proof of Stake (PoS) är de vanligaste konsensusmetoderna. Båda styr processen där peer-to-peer-transaktioner verifieras och läggs till i blockkedjans offentliga distribuerade huvudbok utan en central auktoritet. Att känna till skillnaderna mellan PoW och PoS kan hjälpa dig att enkelt utvärdera kryptovalutor i din portfölj.
Vad är Proof of Work (PoW)?
Konsensusmetoden Proof of Work debuterade i början av 1990-talet för att hantera spam. Tanken var att en dator skulle behöva utföra en mindre arbetsuppgift innan den kunde skicka e-post. Även om arbetet var trivialt för alla som skickade ett eller två legitima e-postmeddelanden, krävde det stora mängder resurser och datorkraft för någon som ville skicka massutskick. Bitcoins skapare, Satoshi Nakamoto, var den första som använde tekniken i Bitcoins vitbok.
a. Blockkedjeordning
En blockkedja består av en serie block som representerar grupper av transaktioner i kronologisk ordning. Det första blocket i en proof-of-work-baserad blockkedja är hårdkodat i programvaran och kallas block 0 eller Genesis-blocket. Det första blocket refererar inte till några tidigare block, medan alla efterföljande block måste referera till tidigare block. Varje block bär en kopia av den uppdaterade redovisningen.
b. Energiförbrukning
Proof of work-algoritmen använder en konkurrenssituation för att avgöra vem bland deltagarna (kryptovalutagruvarbetare) som kan uppdatera redovisningen. Gruvarbetarna måste använda beräkningsenergi för att kunna föreslå giltiga block i enlighet med nätverkets regler.
Datorer som kör Bitcoin-programvaran, så kallade noder, validerar transaktioner, förhindrar dubbla utgifter och avgör om ett föreslaget block ska ansluta sig till kedjan. Bitcoin-gruvarbetare tävlar mot varandra för att få chansen att skapa ett nytt block genom att lösa komplexa matematiska problem genom en process som kallas hashing. Problemen är svåra att lösa men det är enkelt för nätverket att verifiera en korrekt lösning.
c. Deltagande
PoW-konsensusmetoden kombinerar datorkraft med kryptografi för att skapa konsensus och validera transaktioner som registrerats i blockkedjan. Gruvarbetare som deltar i hash-processen måste hitta rätt lösning på det matematiska problemet för att kunna lägga till ett nytt block i kedjan.
Deltagande gruvarbetare gissar en sekvens av slumpmässiga tal som, tillsammans med informationen i blocket och genom en hashfunktionsdator, måste ge en lösning som matchar de villkor som algoritmen har ställt in i förväg.
När en lösning har hittats, sänder systemet den vinnande hashen till nätverket så att andra gruvarbetare kan verifiera den. Om de andra gruvarbetarna verifierar hashen läggs blocket till i blockkedjan, och den framgångsrika gruvarbetaren belönas med blockbelöningen.
d. Belöningsfördelning
Den som bryter ett block som accepteras som giltigt inom nätverket får en blockbelöning, oftast i form av en ny kryptovaluta. För kryptovalutor som Bitcoin minskar systemet blockbelöningen systematiskt efter att ett visst antal block har skapats för att hålla den totala mängden tillgängliga mynt begränsad och deflationär.
Vad är Proof of Stake (PoS)?
Konsensusmetoden Proof of Stake (PoS) är en förändring av PoW som lanserades 2012. Istället för att förlita sig på datorer som tävlar mot varandra för att skapa rätt hash, är syftet med PoS-protokollet att tillåta deltagande genom att äga en specifik mängd av kryptovalutan. Det främsta syftet var att ta itu med den höga energiförbrukningen som krävs av PoW för att bestämma blockkedjeordningen.
PoS-algoritmen använder en förutbestämd uppsättning faktorer för att pseudorandomisera valet av en nod bland myntägare för att föreslå nästa block till blockkedjan. Den valda nodens uppgift är att verifiera transaktioner inom ett block, samt signera och lägga fram blocket för validering.
a. Blockkedjeordning
I likhet med PoW-mekanismen består PoS av en sekvens av block i kronologisk ordning. Det första blocket i en PoS-baserad blockkedja är också hårdkodat i Genesis-blockmjukvaran. Alla efterföljande block som läggs till i blockkedjan måste referera till föregående block och bära en kopia av den uppdaterade redovisningen. Till skillnad från PoS-metoden tävlar inte deltagande noder om att bli utvalda för att lägga till block. Nya block skapas eller präglas istället för att brytas.
b. Energiförbrukning
PoS-baserade blockkedjor är kända för att använda ett energieffektivt system för att bestämma vem som får föreslå nya block och är inte beroende av hög energiförbrukning och datorkraft. Förespråkare av PoS anser det vara en miljövänlig mekanism där en enskild nod tilldelas uppgiften att skapa nya block istället för att konkurrera med andra.
Både PoW-brytning och PoS-prägling kräver energiförbrukning, och bryt- och präglingsnoder är motiverade att använda den billigaste formen av el som möjligt. Ofta kommer denna från förnybara resurser som vattenkraft, vind eller sol snarare än växthusgasutsläppande källor som kol.
Medan PoS-brytare bara behöver en internetuppkoppling som kräver liten mängd energi, behöver PoW-brytare specialiserad hårdvara (GPU), brytningsutrustning och annan kostsam utrustning för att ha en chans att producera ett block.
c. Deltagande
För att delta i PoS-metoden och ha en chans att bli utvald att lägga till block i kedjan måste en användare satsa eller låsa en viss mängd blockkedjans tokens i ett smart kontrakt. Chansen att bli utvald bestäms av mängden kryptovaluta som satsas.
Användare som agerar illvilligt eller bryter mot reglerna riskerar att förlora sin insats som straff. PoS-algoritmen använder även andra faktorer för att undvika att bara gynna de rikaste noderna, t.ex. slumpmässighet och antalet gånger en nod har satsat mynt.
d. Belöningsfördelning
I likhet med PoW-metoden belönas användare som framgångsrikt föreslår ett giltigt block med en blockbelöning, oftast i form av kryptovalutan. Eftersom ägandet av mynt styr valet erbjuder vissa kryptovalutabörser tjänster för satsning där de placerar insatser å användarnas vägnar i utbyte mot regelbundna utbetalningar.
PoW vs. PoS: Vart pekar framtiden?
Både proof of work och proof of stake fungerar på olika sätt för att uppnå samma syfte. Eftersom proof of stake fortfarande är relativt nytt på marknaden är det svårt att avgöra vilken som är den direkta vinnaren.
PoW har varit den traditionella konsensusmekanismen i de flesta ursprungliga blockkedjor som Bitcoin och Ethereum. Ethereum håller dock på att införa ett nytt PoS-protokoll för att visa potentialen med den nya metoden.
PoW har visat sig vara ett sätt att säkra en blockkedja. Det har dock påverkat nätverkets skalbarhet negativt, vilket i sin tur påverkar transaktionerna. Idag är det ovanligt att enskilda personer får chansen att bryta eftersom stora centraliserade gruvorganisationer med enorm datorkraft har tagit över, vilket gör de relaterade kostnaderna ohållbara.
PoS-algoritmen är energieffektivare och nätverken under den åtnjuter högre skalbarhet och effektivare transaktioner. Mekanismen ger dock mindre säkerhet för de kryptovalutor som deltagarna satsar på.
Slutsats
PoS utvecklades för att åtgärda bristerna i PoW-mekanismen och har visat sig vara effektivare när det gäller energianvändning. Det är troligt att båda algoritmerna kommer att finnas kvar i framtiden, eftersom Bitcoin har valt PoW medan Ethereum går mot PoS.
Du kan också vara intresserad av att läsa om blockkedjenoder.