Podstawy blockchainu - mechanizmy konsensusu

Jak działa blockchain?

Ogólna zasada działania jest prosta. Mało tego, podstawowe operacje na blockchainie wywodzą się z jego nazwy. Po szybkim jej przetłumaczeniu na język polski okazuje się, że brzmi ona „łańcuch bloków”. Technologia ta upakowuje zatem transakcje w bloki. Stąd druga część nazwy. A o co chodzi z tym łańcuchem? Cóż, to nie jest tak, że każdy może sobie wygenerować blok i tak po prostu wcisnąć go na siłę wszystkim użytkownikom sieci. W grę wchodzą informacje o transakcjach, a tym samym fundusze. Z tego właśnie powodu każdy nowy blok musi zostać poddany weryfikacji przez inne węzły sieci. Dopiero wtedy może zostać podpięty do pozostałych bloków niczym kolejne ogniwo łańcucha. No dobrze, ale w jaki sposób węzły weryfikują bloki? Głosują, ciągną słomki czy pojedynkują się na szable? Żarty żartami, ale poruszamy w tym momencie najważniejszy aspekt technologii blockchain – mechanizm konsensusu. To właśnie on odpowiada za walidację kolejnych bloków i to właśnie jego warianty często przewijają się w publikacjach dotyczących kryptowalut. Nie przypominacie sobie? Proof of Work, Proof of Stake oraz Proof of Space and Time. Nazwy znane i powszechnie stosowane, a dzisiaj sobie je objaśnimy.

Proof of Work

Zacznijmy od najbardziej popularnej metody, która niegdyś cieszyła się sporym uznaniem, lecz obecnie popada stopniowo w niełaskę. Mowa tu o Proof of Work (PoW), czyli mechanizmie konsensusu, który początkowo kojarzony był z Bitcoinem. Można więc uznać, że to od niego wszystko się zaczęło. Jak to działa? Metoda ta wymaga od węzłów sieci wykorzystywania mocy obliczeniowej sprzętu na potrzeby odszyfrowywania transakcji. Węzeł, który rozwiąże łamigłówkę kryptograficzną przypisaną do danej transakcji, otrzymuje nagrodę. Pozostałe węzły dołączają następnie tę transakcję do łańcucha bloków. Tak właśnie działa kopanie kryptowalut w przypadku Proof of Work. Wbrew przeświadczeniu niektórych osób to nie jest tak, że „Bitcoiny latają sobie gdzieś w powietrzu i trzeba je znaleźć”. Kryptowaluta jest niczym innym jak nagrodą, którą górnik otrzymuje jako udział w utrzymywaniu i zabezpieczaniu sieci.

Proof of Work jest metodą bezpieczną. Ma ona jednak dosyć znaczące wady, które zmuszają tęgie umysły w świecie krypto do tworzenia alternatywnych rozwiązań. Przede wszystkim mechanizm ten wymaga zbudowania tzw. koparki. Jest to wyspecjalizowany komputer o przepotężnej mocy obliczeniowej. Zazwyczaj generują ją karty graficzne w sporych ilościach. Tutaj pojawia się pierwszy problem – koszty pozyskania sprzętu. Powiedzmy, że udało nam się zorganizować taką koparkę. Teraz pozostaje już tylko spojrzeć na licznik prądu. Obraca się niczym tornado, prawda? To jest właśnie główna bolączka Proof of Work – ogromne zużycie energii. W dzisiejszych czasach robi się wszystko, aby redukować konsumpcję prądu do maksimum. Prawda jest taka, że Proof of Work nie za bardzo idzie w parze z kryzysem energetycznym. Z tego powodu zaczęły powstawać ciekawe alternatywy, które z różnym skutkiem konkurują z PoW.

Proof of Stake

Proof of Stake (PoS) powstał jako alternatywny mechanizm konsensusu, a obecnie kojarzony jest z Ethereum. Został on również spopularyzowany przez tę kryptowalutę w momencie, gdy nastąpiło jej przejście z metody PoW na PoS. Dlaczego w ogóle podjęto taką decyzję? Ethereum jest obecnie jedną z najbardziej popularnych kryptowalut. Opierając się na metodzie Proof of Work przyciągała w swoją stronę krzywe spojrzenia z uwagi na spore zużycie energii. Był to jeden z powodów, dla którego Ethereum dokonało tak radykalnej zmiany.

W przypadku Proof of Stake nie istnieje pojęcie górników lub farmerów. Nie ma potrzeby rozwiązywania żadnych łamigłówek kryptograficznych. Zamiast tego PoS tworzy i weryfikuje transakcje na podstawie posiadanej przez użytkowników kryptowaluty, którą są skłonni „postawić” jako zabezpieczenie. Uczestnicy sieci na zmianę tworzą i zatwierdzają transakcje w oparciu o „postawione” udziały. Nagrody są z kolei rozdzielane pomiędzy nich. Proof of Stake niweluje wadę Proof of Work, którą jest zużycie energii. Ceną za to jest jednak nieprzychylność użytkowników kładących nacisk na decentralizację, której poziom w tym przypadku bardzo ucierpiał. W stronę PoS kieruje się zarzuty, że jest mechanizmem sprzecznym z naturą technologii blockchain. To z kolei może nasuwać negatywne myśli co do kwestii bezpieczeństwa.

Proof of Space and Time

Jak widać, wyżej przedstawione mechanizmy mają swoje wady i zalety. Jeśli jednak spojrzymy na kalendarz, uświadomimy sobie, że żyjemy przecież w XXI wieku. W kwestiach technologii ogranicza nas wyłącznie wyobraźnia. Musi istnieć jakiś kompromis między dwoma poprzednimi metodami. Z drugiej strony, po co nam jakikolwiek kompromis? Nie można po prostu opracować bezkompromisowego mechanizmu o niskim zużyciu energii i wysokim poziomie decentralizacji? Można. Udowodniło to Chia Network.

Proof of Space and Time (PoST) to innowacyjny mechanizm konsensusu, którego pionierem jest sieć Chia. Wykorzystuje on nieużywaną przestrzeń dyskową, a także bierze pod uwagę upływ czasu. Oba te czynniki tworzą konsensus pozbawiony weryfikatorów (PoS) i zagadek kryptograficznych (PoW).

Proof of Space and Time wykorzystuje pamięć masową (dyski twarde) zamiast mocy obliczeniowej skondensowanej w kartach graficznych. Co w ten sposób osiąga? Z pewnością obniża to koszty utrzymania sieci, zarówno pod kątem wartości sprzętu, jak i zużycia energii elektrycznej. Tak zwany próg wejścia jest stosunkowo niski, dzięki czemu łatwiej o kolejnych użytkowników sprawdzających poprawność transakcji i zabezpieczających sieć. Innymi słowy, PoST łączy w sobie zdecentralizowany charakter PoW i niskie koszty energii, którymi charakteryzuje się PoS.