1. Rola konsensusu w blockchainie
Decentralizacja, która jest kluczowym elementem architektury blockchain, wymaga mechanizmu konsensusu, aby zapewnić bezpieczeństwo i integralność transakcji. Konsensus blockchainu to algorytmy, dzięki którym uczestnicy sieci uzgadniają decyzje co do stanu sieci i jej danych. Mechanizmy te umożliwiają uczestnikom współdzielenie informacji oraz wymianę wartości bez potrzeby centralnego zarządzania.
2. Popularne rodzaje konsensusu
W świecie blockchain nie istnieje jedna, „zamknięta” lista mechanizmów konsensusu – wciąż powstają nowe odmiany i hybrydy już istniejących rozwiązań. Można jednak wyróżnić kilka głównych algorytmów, które wymieniam poniżej.
1. Proof of Work (PoW)
Węzły wykonują kosztowne obliczenia, rozwiązując zagadkę, a znalezienie poprawnego wyniku zatwierdza blok, zabezpieczając jednocześnie wspólny łańcuch transakcji w całej sieci.
2. Proof of Stake (PoS)
Walidatorzy stawiają swoje tokeny jako zabezpieczenie, a protokół wybiera kreatora bloku na podstawie udziału stakingu w sieci, korzystając z losowania.
3. Delegated Proof of Stake (DPoS)
Posiadacze tokenów delegują głosy wybranym reprezentantom, którzy tworzą i zatwierdzają bloki, osiągając szybki konsensus w sieci według ustalonego harmonogramu walidatorów.
4. Proof of Authority (PoA)
Zaufani węzły (autorytety) proponują bloki, opierając się na wiarygodności ich tożsamości, a sieć uznaje jedynie walidatorów zatwierdzonych formalnie w procesie.
5. Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT)
Lider koordynuje komunikację między węzłami, które wymieniają wiadomości o blokach, osiągając zgodę w sieci przy założeniu ograniczonej liczby złośliwych uczestników.
6. Tendermint
Bazuje na rundach głosowania przez walidatorów, którzy proponują blok i głosują, doprowadzając do szybkiej finalizacji decyzji sieci, osiągając spójność stanu.
7. Avalanche
Węzły losowo przepytują podzbiory innych węzłów o preferencje, wielokrotnie potwierdzając wybór aż do zbiorowego ustalenia wspólnego stanu sieci i konsensusu.
8. Federated Byzantine Agreement (np. Stellar, Ripple)
Węzły wybierają własne zaufane podgrupy (kworum), a osiągnięcie konsensusu następuje poprzez wzajemne potwierdzanie propozycji w tych kręgach zaufania w sieci.
9. DAG-based (np. IOTA Tangle, Hashgraph)
Zamiast liniowych bloków, każda transakcja wskazuje wcześniejsze, tworząc acykliczny graf, gdzie wzajemne zatwierdzenia zapewniają spójny stan całej sieci oraz konsensus.
10. Proof of Elapsed Time (PoET)
Wykorzystuje zaufany moduł sprzętowy, który losuje czas oczekiwania, a najkrótszy wylosowany interwał pozwala węzłowi zaproponować kolejny blok i osiągnąć konsensus.
11. Ouroboros (Cardano)
Sieć dzieli czas na epoki, podczas których wybrani stakerzy tworzą bloki w wyznaczonych slotach, zapewniając kontynuację łańcucha i zgodność danych.
12. Casper (Ethereum)
W ramach PoS, walidatorzy stawiają depozyt i głosują na kolejne bloki, a protokół karze odstępstwa, utrzymując wspólną finalność stanu sieci.
13. GRANDPA (Polkadot)
Walidatorzy zbiorczo zatwierdzają najdłuższy poprawny łańcuch w rundach głosowania, uzgadniając finalne bloki dzięki wielokrotnym, zsynchronizowanym etapom potwierdzania w sieci docelowej.
14. Proof of Capacity (PoC) używa przestrzeni dyskowej do tworzenia danych, umożliwiając węzłom z większą pojemnością proponowanie bloków.
Liczba rodzajów (i pod-rodzajów) algorytmów konsensusu w blockchainach nie jest zamknięta. Z czasem pojawiają się kolejne modyfikacje, tworzone z myślą o konkretnej charakterystyce sieci:
- skalowalność,
- szybkość finalizacji,
- energooszczędność,
- bezpieczeństwo w modelu asynchronicznym (duże opóźnienia),
- decentralizacja,
- prywatność,
- i wiele innych wymagań.
W efekcie mamy zarówno główne „rodziny” (PoW, PoS, DPoS, PoA, BFT), jak i szerokie spektrum mniej typowych, niszowych, czy bardzo specjalistycznych protokołów. Nowe wariacje i hybrydy pojawiają się regularnie – również dlatego, że sieć blockchain czy szerzej: technologie DLT (Distributed Ledger Technology), to wciąż rozwijająca się dziedzina.