Что такое консенсус в контексте технологии блокчейн?

Термин «консенсус» в публичных сетях блокчейн обозначает коллективное соглашение между операторами узлов о проверке транзакций. Это похоже на то, как если бы все в комнате согласились с тем, что было сказано, прежде чем записать это в официальный протокол.

Представьте, что вы находитесь в комнате со 100 людьми, и каждый раз, когда кто-то что-то говорит, эти люди записывают это в свой блокнот, при условии, что большинство из них согласны с тем, что было сказано. Именно так транзакции записываются/подтверждаются/записываются в блокчейне — и каждая (нода) имеет свою собственную копию проверенных транзакций.

Вот упрощенный пример того, как обычно происходит процесс консенсуса.

Если они согласны (консенсус достигнут):

• Допустим, кто-то запускает процесс (конечный пользователь в реальном мире), выкрикивая: «Я даю Хине 5 долларов».
• Услышав это, все (узлы в блокчейне) в комнате делают временную пометку, подтверждая, что они получили детали транзакции.
• Затем все проверяют свои записи, чтобы убедиться, что у человека есть 5 долларов, которые он может отдать.
• Если большинство людей в комнате (скажем, по крайней мере 51 из 100) согласны с тем, что утверждение верно (на основании их записей), то каждый завершает его в своем блокноте. Это подтверждает, что на счет Хины было зачислено 5 долларов США, а со счета отправителя была списана такая же сумма. Эта запись теперь является постоянной и не может быть изменена.
• После подтверждения этот завершенный экземпляр (транзакция в реальном мире) затем добавляется в «основную запись» (сеть блокчейн), которая отслеживает все такие случаи (как финансовые, так и нефинансовые), обеспечивая полную и неизменяемую запись.

Если они не согласны:

• Допустим, кто-то кричит: «Я даю Джею 5 долларов».
• Услышав это, все в комнате делают временную пометку, подтверждая, что получили детали транзакции.
• Затем все они проверяют свои записи, чтобы определить, есть ли у человека 5 долларов, которые он может дать.
• Если большинство присутствующих в комнате (скажем, по крайней мере 50 или более из 100) не могут согласиться с тем, что утверждение верно (на основании их записей), транзакция не завершается в их блокнотах.
• Без консенсуса транзакция не добавляется в «основную запись». (сеть блокчейн). Официально транзакция отклоняется, а счета Джея и отправителя остаются неизменными.

Что такое механизм консенсуса или алгоритм консенсуса?

Установив важность консенсуса при проверке транзакций, можно задаться вопросом, как такое соглашение методично достигается в огромном мире блокчейнов и систем распределенного реестра. Введите «механизм консенсуса» или «алгоритм консенсуса». Это набор правил и процедур, которым следуют сети блокчейна (через операторов узлов) для достижения общего соглашения о подлинности транзакции или набора транзакций. Различные блокчейны используют разные механизмы консенсуса, каждый из которых имеет свои сильные стороны и проблемы, чтобы гарантировать, что копия цифрового реестра каждого участника соответствует другим.

Этот механизм не только подтверждает достоверность транзакций, но также повышает безопасность и устойчивость блокчейна к вредоносным действиям. Имейте в виду, что публичные блокчейны открыты для всех и управляются участниками со всего мира, воплощая фундаментальный принцип технологии: децентрализацию. Таким образом, алгоритмы консенсуса играют ключевую роль в обеспечении точной проверки коммерческих транзакций, как и в обычных системах, но без необходимости использования посредников.

Выбор механизма консенсуса, являющегося основой технологии блокчейн, существенно влияет на эффективность, безопасность и масштабируемость сети. Например, механизм «Proof of Work», используемый Биткойном, предполагает решение сложных головоломок с помощью мощных компьютеров для проверки транзакций. Хотя этот метод обеспечивает надежную защиту, он энергозатратен и, возможно, не самый эффективный. С другой стороны, «Proof of Stake» предлагает более энергоэффективный подход, позволяя участникам с адекватной ставкой (обычно предлагая собственные монеты в качестве залога) проверять транзакции и защищать сеть. Развивающийся мир блокчейна постоянно исследует новые механизмы консенсуса, стремясь к балансу между скоростью, безопасностью и устойчивостью. Это подчеркивает тот факт, что механизм консенсуса — это не просто техническая особенность, но решающий фактор, определяющий общую производительность и влияние сети блокчейн.

Механизм консенсуса Shardeum

Shardeum — это сетевая сеть первого уровня на основе EVM, которая линейно масштабируется для постоянного поддержания низких комиссий за счет динамического сегментирования состояния. Он использует новую комбинацию механизма консенсуса Proof of Stake (PoS) + Proof of Quorum (PoQ). Затронув вопрос о том, как работает механизм Proof of Stake, давайте сначала посмотрим, почему возникает необходимость во втором механизме консенсуса в той же цепочке, прежде чем мы приступим к объяснению Proof of Quorum.

Зачем два механизма консенсуса в одном блокчейне?

Различные механизмы консенсуса имеют свои сильные и слабые стороны с точки зрения безопасности, скорости и справедливости. Хотя система может полагаться на механизм консенсуса Proof of Stake (PoS), существуют сценарии или особые потребности, особенно в сегментированной сети, где PoS сам по себе может не обеспечить оптимальную производительность. Именно здесь будет действительно полезен второй тип механизма консенсуса, такой как «Доказательство кворума». Шардинг — это процесс, при котором распределенная система разделяет свою нагрузку на несколько более мелких сегментов или разделов, чтобы обеспечить параллельное выполнение транзакций, эффективность и высокую скорость.

Начнем с того, что Shardeum отдает приоритет высокой справедливости при проверке транзакций, то есть транзакции проверяются и обрабатываются в порядке очереди (FCFS). За этим следует консенсус, достигнутый на уровне транзакции, что отличает его от традиционных систем консенсуса на уровне блоков. В рамках сегментированной архитектуры этот подход не только обеспечивает линейную масштабируемость, но и способствует более широкому участию общественности. Добавляя больше узлов, сеть будет масштабироваться пропорционально количеству добавленных узлов при максимальной децентрализации. Сеть сможет поддерживать общую стабильность и согласованность операций внутри сегмента, используя алгоритмы PoS и PoQ. Этот двойной механизм, созданный специально для этой уникальной установки, обеспечивает немедленную завершенность транзакций и предотвращает атаки двойного расходования.

Наконец, дополнительный протокол консенсуса расширяет базовый уровень (L1), усиливая сопротивление злоумышленникам, ищущим уязвимости для незаконного присвоения средств и дестабилизации сети. Этот многоуровневый подход может привести к созданию более устойчивой, демократичной и адаптируемой системы блокчейнов такого масштаба, как Shardeum.

Что такое доказательство кворума (POQ)?

В Shardeum узлы валидации используют специализированный подход. Они проверяют транзакции индивидуально, используя протокол заказа на основе временных меток. Вместо широковещательной рассылки по всей сети эти транзакции затем передаются только узлам внутри их конкретной консенсусной группы или сегмента. Важно отметить, что узлы валидации Shardeum хранят только последнее состояние учетных записей, которые они контролируют, а не данные всей сети. Эта стратегия выборочного совместного использования и хранения не только экономит ресурсы, но и повышает скорость транзакций, поскольку данные ограничиваются соответствующим сегментом, а не передаются по всей сети.

Каждый узел будет уведомлен о том, что все остальные узлы в группе консенсуса знают о конкретной транзакции, что приводит к сбору электронных голосов (или кворума) без доверия и лидерства в форме квитанций. Когда имеется более 50% квитанций (кворум), транзакции подтверждаются в сети с очень низкой задержкой, предотвращая перегрузки и сбои в работе. И такие отдельные транзакции объединяются в группы/блоки перед передачей их на архивные узлы в сети.

Доказательство ставки (PoS) на Shardeum

Стейкинг является важным компонентом процесса проверки Shardeum, позволяющим препятствовать и сокращать нечестные узлы. Сеть вскоре определит минимальную сумму ставок перед запуском своей основной сети. Но, как ранее заявляли соучредители проекта, их цель — сделать процесс работы узла более простым, чтобы обычный человек мог запускать узел на блокчейне в обмен на вознаграждение, независимо от финансовых возможностей или технических знаний. При этом можно ожидать, что проект будет придерживаться разумных требований к ставке для устранения или минимизации спам-активности и DDoS-атак.

Автоматическая ротация узлов валидатора с резервными узлами

Наряду с уникальным протоколом gossip, алгоритм консенсуса, используемый в Shardeum, поможет автоматически менять узлы валидатора в сети. Помимо узлов валидатора и узлов архива, в Shardeum будет третий и уникальный тип узлов, называемый «резервными узлами». Это узлы, находящиеся в сети и в настоящее время не участвующие в консенсусе. Резервные узлы помогают во многих отношениях. Они помогают масштабировать Shardeum быстрее, когда ожидается больше транзакций или во время большого трафика. Они также будут включаться в сеть в конце каждого цикла путем замены самых старых активных валидаторов в сети.

Эта периодическая перестановка гарантирует, что ни один узел или группа валидаторов не получит доминирования над конкретным сегментом в течение длительного периода. Это вносит непредсказуемость, защищая систему от сговора или злонамеренных атак. Более того, предоставляя разным узлам возможность со временем проверять различные шарды, это способствует равноправному участию и децентрализации.

Заключение

Механизм консенсуса в блокчейне важен для обеспечения целостности блокчейна и достоверности всех транзакций. Однако не существует универсального подхода, когда дело доходит до выбора подходящего механизма консенсуса для сети, и наиболее подходящий механизм для конкретного блокчейна будет зависеть от желаемых уровней трилеммы — безопасности, масштабируемости и децентрализации. . Однако Shardeum стремится поддерживать все три желательных свойства публичного блокчейна одновременно в любой заданной точке сети путем линейного масштабирования, чтобы навсегда гарантировать низкие и постоянные транзакционные издержки. А его механизм консенсуса — «Доказательство кворума» (PoS) и «Доказательство доли» (PoS) — разработан точно и уникально для решения трилеммы масштабируемости и подготовки к массовому внедрению технологии блокчейн.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Что такое консенсус в блокчейнt?

Механизм консенсуса находится в самом ядре блокчейна и действует как его сердце. Это средство, с помощью которого доверие устанавливается децентрализованно, что устраняет необходимость в центральном управляющем органе. Проверяя и проверяя каждую транзакцию, механизм консенсуса помогает поддерживать целостность и безопасность всей сети. Этот процесс достижения широкого согласия между разрозненными участниками имеет основополагающее значение. Это не только способствует формированию чувства надежности и достоверности, но также играет решающую роль в предотвращении мошеннических действий. В результате, несмотря на разнообразный и распределенный характер участников, каждый может быть уверен в непротиворечивости и точности общих данных.

2. Какой механизм консенсуса использует Shardeum?

Shardeum использует новую комбинацию механизма консенсуса Proof of Stake (PoS) + Proof of Quorum (PoQ). PoS гарантирует, что только валидаторы с достаточной долей могут проверять и обрабатывать транзакции для защиты сети. Доказательство кворума позволяет сети генерировать квитанцию, показывающую, что большинство консенсусной группы проголосовало за транзакцию, что приводит к сбору электронных голосов (или кворума) без доверия и без лидера в форме квитанций. Как только отдельная транзакция достигает более 50% поступлений (кворума), она мгновенно подтверждается в сети. Такие отдельные транзакции объединяются в группы/блоки перед передачей их на архивные узлы в сети.

Shardeum также делит сеть на шарды, каждый из которых параллельно обрабатывает свои транзакции. Такое сочетание PoS, PoQ и шардинга позволяет Shardeum обрабатывать больше транзакций в секунду по мере того, как к сети присоединяется больше узлов, не жертвуя при этом безопасностью. Механизм консенсуса, используемый в Шардеуме, разработан уникальным образом, чтобы помочь ему линейно масштабироваться, способствовать высокой справедливости и более широкому участию общественности.

3. Сколько существует типов консенсуса?

В сетях блокчейнов могут использоваться различные механизмы консенсуса в зависимости от их ценностных предложений. Доказательство ставки (PoS) и его варианты являются наиболее распространенными механизмами консенсуса, используемыми сегодня в экосистеме блокчейнов, включая Ethereum. Доказательство работы или PoW используется в старых сетях, таких как Биткойн.

4. Каковы элементы консенсуса?

Очень важно получать и упорядочивать транзакции в хронологическом порядке, что станет для вас трамплином для их справедливой обработки. Это можно сделать, воспользовавшись, среди прочего, протоколами заказа на основе меток времени, протоколами сплетен, протоколами практической византийской отказоустойчивости (PBFT). Следующим шагом является проверка транзакций на предмет их действительности с последующим достижением консенсуса между узлами, проверяющими транзакции и предлагающими блоки. Это будет сделано на основе консенсусного протокола блокчейн-платформы. Как только транзакция (в Шардеуме) или блок, содержащий несколько транзакций (в типичных блокчейнах), достигает консенсуса большинства, они будут подтверждены и добавлены в сетевую цепочку.

Интервал с момента, когда пользователь инициирует транзакцию или блокировку, до ее подтверждения/обработки обозначается как «время задержки». С другой стороны, «время завершения» относится к периоду, необходимому для того, чтобы транзакция стала необратимой и окончательно урегулированной. Блокчейн платформы обычно требуют низкой задержки и мгновенного времени завершения. И, как указывалось ранее, публичные блокчейны записывают транзакции прозрачно, а это означает, что каждый может видеть транзакцию с момента ее создания до момента ее подтверждения и завершения в сети. Вместе эти компоненты обеспечивают цельную среду, которая поддерживает целостность и функциональность всей сети блокчейн.

Механизм консенсуса, используемый в Shardeum