Магія довіри: як механізми консенсусу допомагають усім «досягти згоди»?

Ми щойно розкрили його витончену механіку роботи: як “скринька скарбів” (блокчейн) з “записами скарбів” (блоки) з’єднується через “магічний відбиток” (хеш), створюючи незламний реєстр.

Але це залишило нам цікаве й дуже важливе питання: у нашому “селі чесності”, де кожен є бухгалтером, хто саме приймає остаточне рішення, коли новий сторінковий запис із транзакціями готовий до додавання до ланцюга? Хто виконує роль “головного бухгалтера”, щоб запечатати цю сторінку і отримати нагороду?

Якщо кожен намагатиметься одночасно додати свою сторінку, весь реєстр одразу перетвориться на хаос, з’являться сотні й тисячі суперечливих “офіційних” версій. Система зруйнується.

Щоб запобігти цьому безладу, мешканці повинні винайти справедливий і безпечний спосіб досягти згоди щодо “хто додасть наступний блок” — тобто досягти “консенсусу”. Цей метод — справжня “магія довіри” у світі блокчейну, і його назва — механізм консенсусу (Consensus Mechanism).

Перший конкурс: великий “Ігровий пошук скарбів” (Proof of Work, PoW)

З метою справедливості, старійшини села розробили перший конкурс. Правила дуже прості, але процес надзвичайно важкий.

Коли сторінка реєстру (блок) заповнена і її потрібно запечатати, старійшини беруть спеціальний “золотий ключ” з унікальним номером і ховають його у випадковому кутку широкої пустки за селом.

Правила конкурсу: усі бажаючі стати “головним бухгалтером” можуть взяти лопати і мітли і копати на пустці! Той, хто першим знайде “золотий ключ” і прибіжить до центральної площі села, покаже його всім і назве правильний номер — той і виграє.

Переможець матиме єдине право запечатати цей блок і отримає нагороду — одну смачну курку.

Ця, здавалося б, проста “гра у пошук скарбів” — і є суть Proof of Work.

Розберімося, у чому її секрет:

Де “робота”? — у “копанні землі”. Це не загадка, а фізична праця. Хто має більше сили, кращі інструменти і швидше копає (у реальному світі — обчислювальна потужність комп’ютерів), той має більші шанси знайти ключ. Цей процес споживає багато ресурсів — поту і фізичних зусиль мешканців (у світі — електроенергії і обладнання).

Перевірка дуже проста — знайти ключ може зайняти кілька днів і ночей, але, як тільки хтось його знайде, підтвердити справжність дуже легко. Він просто показує ключ усім, і всі одразу переконуються, що номер правильний. Це — ключова особливість PoW: важко зробити, але легко перевірити.

Як забезпечити безпеку? — безпека системи базується на величезних витратах на “копання”. Злий хлопець, наприклад, хоче підробити ланцюг блоків. Щоб це зробити, він має підробити не лише вміст кожного блоку, а й кожен “золотий ключ”, що його відкриває. Це означає, що його швидкість копання має бути більшою за сумарну швидкість всіх інших мешканців — понад 51% обчислювальної потужності всього села! У реальності це майже неможливо, бо вартість — купити безліч лопат і найняти безліч робітників — буде астрономічною.

У світі PoW учасників конкурсу називають “майнерами (Miner)”, і цей процес — “майнінг (Mining)”. Біткоїн, найстаріша і найвідоміша криптовалюта, використовує саме цю “ігрову пошукову гру”. Вона дуже справедлива і безпечна, але має очевидний недолік — надзвичайно енергомістка! Весь пісок і земля у селі копаються до дірок.

Другий конкурс: елегантна “Лотерея багатіїв” (Proof of Stake, PoS)

Через роки мешканці зрозуміли, що щоденне копання — це надто важко і шкодить довкіллю. Тому більш розумні молоді винайшли новий, більш енергоефективний спосіб конкурсу.

Тепер не потрібно фізично копати, натомість потрібно довести свою “відданість” і “репутацію”.

Правила конкурсу: хочеш брати участь? Добре. Тепер не потрібно копати, але потрібно довести свою лояльність і внесок у село — за допомогою своїх активів.

“Заставляй на депозит”: спершу ти добровільно вносиш частину майна (наприклад, 100 курок) у “публічний сейф” села, який захищений магічним замком. Це називається “ставкою” (Staking). Чим більше активів ти поставив, тим більше довіри до тебе — твоя “репутація” зростає.

“Випадкова лотерея”: під час початку конкурсу система, мов лотерея, випадковим чином обирає переможця залежно від кількості активів, які ти поставив. Чим більше курок ти поставив, тим більше “лотерейних квитків” маєш, і тим більша ймовірність стати “головним бухгалтером”.

Чіткі нагороди і покарання:

Нагорода: якщо тебе обрали і ти чесно виконав свою роботу, ти отримаєш ту курку як нагороду.

Покарання (!!!): але якщо ти був обраний і спробуєш підробити — наприклад, додати собі кілька овець — система швидко виявить твою недобросовісність. Як покарання, твої 100 курок, що ти їх поставив у сейф, будуть конфісковані і знищені! Це — суворе покарання, яке називається “штраф” (Slashing).

Ось логіка Proof of Stake.

Звідки береться безпека? — у PoS безпека базується не на великих енергетичних витратах, а на великих економічних затратах.

У системі PoS злочинцю потрібно мати і ставити на депозит величезний капітал, щоб отримати право на облік. А якщо він спробує зловживати, його великі активи будуть конфісковані, і він стане першим, хто втратив усе. Це гарантує, що всі, хто має право вести облік, мають сильний стимул підтримувати чесність і стабільність системи — бо їхні активи “застрягли” у ній.

У світі PoS учасників конкурсу називають “валідаторами (Validator)”. Ethereum, найбільша платформа для смарт-контрактів, вже успішно перейшла з PoW на PoS.

Дві магії у протистоянні

Висновок

Отже, друже, механізм консенсусу — це “правила ради” у блокчейні, його душа. Це децентралізована мережа, яка без централізованого керівництва підтримує порядок, єдність і спільний рух вперед.

Чи то PoW, що споживає багато енергії, чи PoS, що базується на великих активах, — їхня мета одна: за допомогою витонченого економічного моделювання зробити чесне ведення обліку прибутковим, а зловмисні атаки — безприбутковими і навіть руйнівними.

Тепер ми зрозуміли фундамент довіри у блокчейні (хеші, блоки, ланцюги), а також магію управління (механізм консенсусу). Наступний крок — ознайомитися з величними “архітектурами”, зведеними на цих міцних основах. **$DOGE **$HOT **$NMR **