Магия доверия: как механизм консенсуса помогает всем «достичь согласия»?

Мы только что раскрыли его тонкий механизм работы: как “сокровищница записей” блокчейна (блоки) связана друг с другом через “волшебный отпечаток” (хеш), создавая непреодолимый реестр.

Но это оставило у нас важный и интересный вопрос: в нашем “Деревне честности”, раз все — записывающие, то кто же принимает окончательное решение, когда страница с новыми транзакциями, заполненная, готова быть добавленной в цепочку? Кто станет “главным бухгалтером”, чтобы запечатать эту страницу и получить награду?

Если все попытаются одновременно добавить свою страницу, вся книга мгновенно погрузится в хаос, появятся сотни конфликтующих “официальных” версий. Вся система рухнет.

Чтобы избежать этого хаоса, жители должны придумать справедливый и безопасный способ согласования — то есть достичь “консенсуса”. Этот метод — настоящая “волшебная сила доверия” в мире блокчейна, его название — механизм консенсуса (Consensus Mechanism).

Первый конкурс: Великая “Игра в поиск сокровищ” (Доказательство работы - Proof of Work, PoW)

Для справедливости старейшины деревни придумали первый конкурс. Правила очень просты, но процесс чрезвычайно труден.

Каждый раз, когда страница реестра (блок) заполняется и нужно запечатать, старейшины берут специальный “золотой ключ” с уникальным номером и закопают его в случайный уголок обширной пустоши за деревней.

Правила конкурса: все желающие стать “главным бухгалтером” могут взять лопаты и копать! Кто первым выкопает “золотой ключ” и прибежит на центральную площадь, покажет его всем и назовёт правильный номер — тот и выиграет.

Победитель получит исключительное право запечатать текущую страницу реестра и награду — одну сочную курицу.

Этот, казалось бы, простой “поиск сокровищ” — суть доказательства работы (PoW).

Давайте разберёмся, в чём секрет этого конкурса:

Где “работа”? — В “копании”. Это не загадка, а чисто физическая работа. Кто сильнее, у кого лучше инструменты, кто копает быстрее (в реальности — у кого больше вычислительной мощности), тот с большей вероятностью найдёт ключ. Этот процесс требует больших ресурсов — пота и сил жителей (в реальности — электроэнергии и аппаратного обеспечения).

Проверка очень проста — найти ключ может занять несколько дней и ночей, но как только кто-то его найдёт, проверить его подлинность очень легко. Он просто показывает ключ всем, и все сразу подтверждают правильность номера. Это — ключевая особенность PoW: сложно выполнить, легко проверить.

Как обеспечить безопасность? — Безопасность системы основана на огромных затратах на “копание”. Этот лжец Ваня хочет обмануть систему, подделав цепочку блоков. Для этого он должен подделать не только содержимое реестра, но и каждую страницу, и для каждой — подделать соответствующий “золотой ключ”. Значит, его скорость копания должна быть больше, чем у всех остальных вместе взятых! Он должен иметь более 51% всей вычислительной мощности сети. В реальности это почти невозможно — стоимость этого будет астрономической (покупка бесчисленных лопат и найм бесчисленных рабочих).

В мире PoW участники конкурса называются “майнерами” (Miner), а процесс — “майнингом” (Mining). Биткойн, самая первая и известная криптовалюта, использует именно этот “поиск сокровищ”. Он очень честен и безопасен, но очевидный недостаток — очень много энергии расходуется! Вся земля за деревней вырыта в дыры.

Второй конкурс: Элегантная “Лотерея богатых” (Доказательство доли (Proof of Stake, PoS))

Много лет спустя жители поняли, что постоянно копать — утомительно и вредно для окружающей среды. Тогда более умные молодые люди придумали новый, более энергоэффективный способ конкурса.

Теперь не важна сила, а важны “ответственность” и “репутация”.

Правила конкурса: хочешь участвовать? Можно. Тебе не нужно копать, но нужно доказать свою лояльность и вклад в деревню. Как? Используя свои активы.

“Заложи залог”: сначала ты добровольно отдаёшь часть своего имущества (например, 100 куриц) в “Общий сейф” — публичный и защищённый магической замком “Общий страховой фонд”. Этот акт называется “ставкой” (Staking). Чем больше активов ты вложишь, тем выше твой “рейтинг” и доверие к тебе.

“Случайный выбор”: при начале конкурса система, как лотерейный автомат, по количеству заложенных активов случайным образом выбирает “главного бухгалтера”. Чем больше куриц ты заложил, тем больше у тебя “лотерейных билетов”, и тем выше шанс стать “главным”.

Ясно и строго:

Награда: если тебя выбрали и ты честно и точно ведёшь учёт, ты получаешь в награду ту курицу.

Наказание (!!!): если после выбора ты попытаешься обмануть — например, подделать записи и добавить себе овец — система сразу обнаружит. В качестве наказания, все заложенные тобой 100 куриц будут конфискованы и уничтожены! Этот суровый штраф называется “срезание” (Slashing).

Это — логика Proof of Stake.

Откуда берётся безопасность?

Безопасность PoS не зависит от огромных затрат энергии, а основана на больших экономических издержках.

В системе PoS злоумышленник должен иметь и заложить огромные активы, чтобы получить право вести учёт. А если он попытается злоупотребить — его залоговые активы будут конфискованы, и он останется ни с чем. Этот механизм гарантирует, что все, кто имеет право вести учёт, мотивированы поддерживать честность и стабильность системы, ведь их собственное имущество “залогировано”.

В мире PoS участники конкурса называются “валидаторами” (Validator). Ethereum, крупнейшая платформа для смарт-контрактов, успешно перешла с PoW на PoS.

Две магии в противостоянии

Заключение

Итак, друзья, механизм консенсуса — это “правила собрания” блокчейна, его душа. Это децентрализованная сеть, которая без централизованного руководства поддерживает порядок, единство мнений и совместное движение вперёд.

Будь то энергоёмкий PoW или залоговая PoS — их цель одна: с помощью изящной экономической модели сделать честное ведение учёта прибыльным, а злонамеренные атаки — безвыгодными и даже полностью безрезультатными.

Теперь мы поняли фундамент доверия блокчейна (хеши, блоки, цепочка), а также его управленческую магию (механизм консенсуса). Настало время узнать, какие грандиозные “здания” построены на этих прочных основах. **$DOGE **$HOT **$NMR **