Автор: Ричард Ред, сътрудник на Decred.
Консенсусният механизъм на блокчейна служи за гаранция, че има съгласие между участниците относно текущото състояние на блокчейна. Механизмът за консенсус определя кой може да добавя нови блокове трансакции и една от основните му цели е да гарантира, че веригата не е пренаписана.
Консенсус за доказателство за работа
Блокчейните с чист консенсус за доказателство за работа (като биткойн) могат да имат само нови блокове, добавени от копачи, които внедряват хардуер, който ефективно отгатва отговора на математически проблем. Всеки път, когато копач направи валидно предположение, той може да конструира блок, който мрежата приема. Въпреки че копачите могат да изберат да копаят всяка верига, мрежата ще приеме само веригата с най-много натрупани доказателства за работа (т.е. най-много хешове или предположения) като легитимна верига. Това означава, че копачите са стимулирани да копаят на най-дългата верига и когато видят валиден нов блок, те ще се опитат да намерят решението за следващия блок, което им позволява да надграждат върху предишния.
Трудността при пренаписването на блокчейна е това, което му позволява да функционира като регистър за финансови трансакции. Когато трансакция се появи в блок, който изпраща криптовалути към портфейл, и няколко блока са изградени върху този блок (потвърждения), става малко вероятно блокът (и трансакцията) да бъдат пренаписани.
Ако даден обект контролира достатъчно хешираща мощност, за да надхвърли „честната верига“, той може да пренапише (или реорганизира) блокчейна чрез копаене на „стар“ блок, вместо на последния блок. Ето опростена сметка за този вид атака, известна също като атака от 51%:
Нападателят харчи в блок X, като изпраща до борса, след което започва частно копаене на паралелна верига (блоковете не се излъчват към мрежата). След като изтече необходимият брой потвърждения, нападателят разменя криптовалутите за нещо друго и ги изтегля от борсата. Когато тегленето се изчисти, те освобождават паралелната верига и ако тя има повече PoW (блокове) от оригиналната верига, мрежата ще я приеме като легитимна верига и версията на хронологията, представена от оригиналната верига (включително депозита на нападателя) ще изчезне. След това нападателят е свободен да похарчи отново тези криптовалути.
Тъй като копачите са единствените субекти, които могат директно да добавят блокове към веригата в чисти PoW криптовалути, това им дава силна роля в управлението. За да бъде приета каквато и да е промяна в консенсусните правила на мрежата, тя трябва да има подкрепата на мнозинството от хеш мощността. „Меките разклонения“ изискват достатъчно копачи, за да разпознаят нов набор от правила, така че потребителите да могат да извършват трансакции и да очакват техните трансакции да бъдат правилно обработени и включени в блокове. „Твърдите разклонения“ биха разделили мрежата на два компонента и според общоприетото правило „веригата с най-много PoW е правилната верига, която да следваме“, копачите ще решат кой от тях е приет за легитимен.
Консенсус за доказателство за залог
Консенсусът за доказателство за залог е алтернативен метод за решаване кой може да добавя нови блокове и да проверява текущото състояние на блокчейна. Вместо копачите да се състезават за решаване на проблем, с доказателство за залог, следващият производител на блок се определя от някакъв процес въз основа на броя криптовалути, държани в портфейли (или „стейкнати“). Този процес се доверява, че тези с най-голям стейк ще вземат отговорни решения за цялата мрежа.
Консенсусът за доказателство за залог елиминира необходимостта от енергоемко копаене, но липсата на значителни енергийни разходи създава друг проблем, понякога наричан „нищо не е заложено на карта“. В случай на разклонена верига, PoS фалшификаторите/forgers („forging“ обикновено се използва вместо „mining“) са стимулирани да валидират блокове и на двете вериги, защото им струва много малко да работят върху допълнителна верига и могат да събират награди и на двете вериги. Това е проблем за мрежата, тъй като се предполага, че има само една верига и постигането на съгласие за състоянието на тази единствена верига е цялата цел на механизма за консенсус.
Доказателство за залог има допълнителен проблем по отношение на разпределението на токени. PoW копачите имат значителни разходи (хардуер, електричество) и обикновено трябва да продадат значителна част от добитите си криптовалути, за да покрият тези разходи. В резултат на това много добити криптовалути са достъпни за закупуване на пазара, вместо да бъдат трупани от копачи. Фалшификаторите на доказателство за залог имат много ниски оперативни разходи, така че нямат същия натиск да продават криптовалутите, които получават за поддържане на мрежата. Големите притежатели, които участват в доказателство за залог, са склонни да увеличат своя дял от циркулиращите криптовалути, тъй като събират блокови награди и такси за трансакции от потребителите на мрежата. Това е оприличено на феодализъм, при който мрежата е ефективно притежавана и управлявана от притежатели на криптовалута, а потребителите им плащат вид наем за използването ѝ. Обикновено има някаква граница, под която не е възможно да участвате директно в Доказателство за залог.
Хибриден PoW/PoS
Целта на хибридните системи Доказателство за работа и Доказателство за залог е да уловят предимствата на съответните подходи и да ги използват, за да балансират взаимно слабостите. Decred е сред малкото криптовалути, които използват PoW и PoS в разпознаваеми форми и ги обединяват, за да създадат многофакторен или хибриден консенсусен механизъм.
„Криптовалутите на главните възли“ в известен смисъл също са хибриди, тъй като имат разпознаваем компонент за доказателство за работа, който изпълнява подобна роля като в биткойн и допълнителна роля за специални възли. Обикновено има изискване тези специални възли да държат определена сума от валутата като обезпечение, за да демонстрират, че може да им се вярва да действат в най-добрия интерес на мрежата, което е подобно на обосновката за доказателство за залог. Dash е оригиналната монета на главния възел и нарича този модел доказателство за услуга. Тази статия се фокусира върху хибриди с компонент Доказателство за залог (PoS) и няма да разглежда набора от криптовалути, които емулират главни възли или доказателство за услуга.
PoW компонентът на Decred работи подобно на други базирани на PoW проекти и използва функцията за хеширане на Blake-256. PoS компонентът на Decred и начинът, по който е вплетен във веригата, е доста уникален и заслужава допълнително обяснение.
За да участват в Доказателство за залог (PoS) на Decred, притежателите трябва да заключат във времето своя DCR, за да купят „билети“. Цената за отделен билет се определя от подобен на пазара механизъм, при който системата се стреми към определен брой билети на живо (40 960) - ако има повече от целевия брой, цената се повишава, ако са по-малко, тя се понижава. Когато някой купи билет, DCR, който е използвал, се заключва (т.е. не може да го изразходва), докато билетът му не бъде избран за гласуване на случаен принцип или докато не изтече след около 142 дни. Това въвежда алтернативни разходи за PoS, предназначени да гарантират, че избирателите на PoS са инвестирали в играта и действат в най-добрия интерес на мрежата.
Участниците в PoS (наричани също гласоподаватели или заинтересовани страни) имат три различни роли: блоково гласуване, гласуване на промени в правилата за консенсус и гласуване на управление на ниво проект с помощта на системата за предложения Politeia. Първият от тях, „блоково гласуване“, е начинът, по който избирателите на PoS се ангажират най-пряко в поддържането на консенсус.
Гласуване на блокове
Когато копач на PoW намери валиден блок, той го излъчва в мрежата, но за да се счита този блок за валиден, той трябва да включи гласове на поне 3 от 5 произволно избрани билета. Гласуващите на PoS държат портфейлите отворени и готови да отговорят с гласове, когато техните билети бъдат извикани (или ангажират доставчици на услуги за гласуване да направят това от тяхно име). Когато PoS билет бъде извикан за гласуване и даде отговори, собственикът му получава награда.
Когато се извикат билети, те гласуват за приемане или отхвърляне на редовните трансакции от предишния блок. Възлите в мрежата няма да разпознаят нов блок като валиден, докато не включва поне 3 гласа. Ако мнозинството от билетите, поканени за гласуване, отхвърлят трансакциите на предишния блок, тогава те се връщат в мемпула. Тези редовни трансакции включват наградата на копача на PoW, но не и наградата на гласоподавателите на PoS.
Следователно избирателите на PoS имат властта да отнемат награди от копачите, без да засягат собствените си награди. Това ограничава властта на копачите на PoW да налагат вето на промени в консенсусните правила на мрежата, които се гласуват от заинтересованите страни. Всъщност избирателите на PoS могат да отхвърлят всякакъв вид поведение на копачите, които не харесват, като приемат политика на гласуване с „не“, когато бъде открито злонамерено или неефективно поведение – предотвратявайки лошите PoW копачи да пишат трансакции и да получават награди.
Този слой за проверка на PoS значително повишава сигурността на мрежата и устойчивостта на мнозинство атаки. Общият метод за провеждане на атака с мнозинство двойно изразходване е да се пренапише блокчейн чрез копаене на алтернативна верига в тайна, след което да се освободи след определен период от време и да се възползва от анулирането на трансакции в „старата“ верига (т.е. чрез двойно изразходване на техните вложения). Тъй като блоковете Decred изискват вход от произволно избрани билети, за да се считат за валидни и да не могат да бъдат надграждани от копачи на PoW, докато не получат този вход, не е възможно копачите на PoW да копаят тайно, освен ако не контролират и значителна част от билетите на живо (вижте тези статии).
Хибридният PoW/PoS дизайн значително увеличава разходите за атака на мрежата, тъй като има две различни системи, които трябва да бъдат заобиколени от нападателя. Компонентът PoS, по-специално, е конфигуриран така, че билети могат да се придобиват само доста бавно. Във всеки блок/интервал могат да бъдат закупени ограничен брой билети, а закупуването на максималния брой води до рязко увеличаване на цената. Освен това, след като тези билети бъдат закупени, средствата, използвани за закупуването им, ще бъдат заключени във времето, оставяйки нападателя изложен на всяко обезценяване на техните заключени монети, настъпило в резултат на атака.
Изискването за всеки блок да се гласува от произволно избрани заинтересовани страни означава, че блокчейнът трябва да се споделя с всички участници, докато се копае, което повишава сигурността на мрежата. Хибридната система на Decred е проектирана също така да предоставя на заинтересованите страни власт над копачите на PoW.
Гласуване с консенсусна промяна
Decred реши в самото начало да направи заинтересованите страни в PoS доминиращата сила за вземане на решения в управлението на блокчейна. В правилата за консенсус е записана процедура за ратифициране на надграждане, чрез която всяка промяна в правилата за консенсус на мрежата може да бъде въведена само след като е преминала през процес на гласуване. Промени могат да бъдат направени само ако са одобрени от поне 75% от билетите за гласуване. Този процес започва, след като определена част от копачите (95%) и гласоподавателите (75%) използват надграден софтуер със скрити промени в правилата. Ако предложението има 75% подкрепа след 4-седмичен период на гласуване, то се приема, в противен случай се отхвърля, а ако няма нито едно от двете супермнозинства, започва повторно гласуване. Ако предложението бъде прието, промяната на правилата се активира един месец по-късно.
Управление на проекта: Politeia
Блоковите награди на Decred се разпределят между копачи на PoW (60%), гласоподаватели на PoS (30%) и хазна (10%) за финансиране на разработването на софтуер с отворен код, който подпомага целите на проекта. Притежателите на билети имат суверенитет да гласуват как този фонд да се изразходва, какви функции да се добавят и да определят политиката чрез платформата Politeia.
Заключителни мисли
Тъй като гласоподавателите на PoS получават 30% от блоковата награда, те не могат да поддържат относителния си дял от циркулиращите DCR просто чрез стейкинг. По-голямата част от новосъздадените DCR отиват при копачите на PoW в замяна на ролята, която играят в защитата на мрежата и смекчаването на проблема „нищо не е заложено“ на чистите PoS системи. Копачите обикновено трябва да продадат значителна част от наградите, които получават, за да покрият оперативните си разходи, като гарантират, че на пазара има справедливо предлагане на DCR.
Блокчейнът на Decred представя уникална архитектура и е един от най-забележителните примери за хибридна PoW/PoS система. По същия начин, по който проектите с консенсус за PoS са обща група със значителни вариации вътре, бъдещите проекти, които прилагат хибридни подходи PoW/PoS, също ще бъдат уникални и няма непременно да следват рамката на Decred.