Decentralizovaná, distribuovaná síť, která využívá technologii blockchain, vytváří prostředí odolné vůči korupci a nabízí zvýšenou úroveň zabezpečení, transparentnosti a nezměnitelnosti. To už pravděpodobně víte! Ale zamysleli jste se někdy nad tím, jak funguje systém bez centrální autority, nebo jak se ověřují transakce?
Jedním z klíčových přínosů technologie blockchain je důvěryhodný systém typu peer-to-peer, kde členové komunity společně ověřují pravost transakcí. Přemýšleli jste ale někdy, jak přesně se to děje? Různé blockchainy využívají rozmanité metody, které se nazývají konsenzuální algoritmy blockchainu.
Tyto algoritmy, označované také jako konsenzuální protokoly, představují soubor pravidel, podle kterých sítě fungují. Pokud vás tato problematika zajímá, přečtěte si našeho podrobného průvodce, kde se dozvíte, co jsou to konsenzuální algoritmy blockchainu, jaké jsou jejich cíle, jak fungují a jaké jsou rozdíly mezi dvěma nejpoužívanějšími algoritmy současnosti.
Jak blockchainy fungují
Blockchain je systém pro zaznamenávání informací, který je odolný vůči manipulaci a neoprávněným zásahům. Tato technologie, často nazývaná Distributed Ledger Technology (DLT), využívá decentralizované kryptografické hašování k vytvoření bezpečné a transparentní historie digitálních aktiv.
I když blockchain pracuje na složitém systému, můžeme si jeho fungování přiblížit pomocí analogie. Nejjednodušší představu, jak blockchain funguje, si můžeme udělat srovnáním s Google Docs. Dokumenty vytvořené v Google Docs můžete sdílet a distribuovat mezi členy týmu, místo abyste je kopírovali a posílali.
Google Docs využívá decentralizovanou distribuční síť, která umožňuje všem členům týmu přistupovat k dokumentu současně. Všechny změny provedené v dokumentu jsou zaznamenávány v reálném čase a jsou transparentní, protože žádný člen není uzamčen.
Každý blok v blockchainu obsahuje několik transakcí. Pokaždé, když uživatel přidá novou transakci do blockchainu, záznam této transakce se přidá do všech účetních knih účastníků.
Podobně, pokud uživatel změní jeden blok v řetězci, je všem zúčastněným počítačům zřejmé, že došlo ke změně. Jakýkoli pokus o narušení systému ze strany hackerů by vyžadoval změnu všech bloků v řetězci v každé distribuované verzi blockchainu.
Co je to mechanismus konsenzu blockchainu?
Mechanismus konsenzu je model, podle kterého jakákoli skupina lidí bez nadřízeného centrálního orgánu přijímá rozhodnutí a zajišťuje dodržování dohod. Algoritmus shody blockchainu se týká procesu, pomocí kterého uživatelé nebo kolegové v rámci blockchainové sítě dosáhnou společné shody nebo konsenzu ohledně stavu blockchainu v reálném čase.
Konsenzuální protokol umožňuje blockchainové síti dosáhnout spolehlivosti a vybudovat důvěru mezi různými stranami, a to vedle zajištění bezpečnosti v rámci distribuované účetní knihy. Algoritmus konsenzu se stává nedílnou součástí každé blockchainové aplikace nebo projektu DApps v rámci blockchainu.
Blockchainové konsenzuální mechanismy obecně plní následující tři hlavní funkce:
- Zajišťují, že další blok v řetězci je jedinou správnou verzí pravdy.
- Zabraňují škodlivým útočníkům získat 51% výpočetní síly a ovládnout systém a úspěšně rozvětvovat řetězec.
- Garantují spolehlivost sítě, včetně mnoha uzlů, což je jeden z nejdůležitějších aspektů, protože potvrzuje integritu sítě. Klíčovým prvkem konsenzuálních mechanismů je zajistit, aby uživatelé neutratili stejnou kryptoměnu dvakrát (tzv. double spending).
Jiní poskytovatelé finančních služeb, jako jsou společnosti vydávající kreditní a debetní karty, nepoužívají mechanismy konsenzu, protože na rozdíl od blockchainových společností mají své sítě pod kontrolou. Systém odesílá informace do centrální databáze, kdykoli použijete jejich kreditní kartu. Uživatelé kreditních karet důvěřují společnostem, že dokáží chránit jak jejich data, tak i proces jejich transakcí.
Vzhledem k tomu, že pouze společnost vydávající kreditní karty kontroluje celou svou síť, vyhrazuje si právo zrušit nebo cenzurovat jakoukoli transakci. Kromě práva na cenzuru a neschopnosti řešit spory je většina centralizovaných databází vysoce náchylná k riziku hackerských útoků a korupce.
S příchodem blockchainu a éry kryptoměn bylo možné provádět transakce peer-to-peer, které jsou důvěryhodné, neměnné a sledovatelné v rámci decentralizované sítě. Vzhledem k tomu, že v takových sítích neexistuje žádná centrální nebo nadřazená autorita, která by vynucovala dodržování zavedených pravidel, různé typy konsenzuálních algoritmů blockchainu zajišťují, že každý účastník sítě souhlasí s pravidly a dodržuje je.
Cíle mechanismů konsenzu blockchainu
Mezi hlavní cíle mechanismů konsenzu blockchainu patří následující:
#1. Jednotná dohoda
Dosažení jednotné dohody je jedním z hlavních cílů mechanismu konsenzu. Protokoly vložené do distribuované sítě blockchainu zajišťují, že všechna data zadaná během procesu jsou pravdivá a přesná a že stav účetní knihy zůstane aktuální. Díky tomu mohou uživatelé provádět transakce, aniž by museli nutně budovat důvěru se svými partnery.
#2. Vytvoření společné ekonomické motivace
Vzhledem k tomu, že blockchain je nedůvěryhodný systém, který se sám reguluje, musí být zájmy všech účastníků v souladu. V takové situaci konsenzuální algoritmus blockchainu odměňuje ty, kteří dodržují pravidla, a trestá nekalé hráče při regulaci ekonomických motivací.
#3. Spravedlnost a rovnost
Konsenzuální protokoly zajišťují, že se všichni zainteresovaní uživatelé mohou zapojit do sítě za stejných podmínek. Tím se ospravedlňují decentralizační a open-source aspekty blockchainového systému.
#4. Eliminace chyb
Metoda mechanismu konsenzu také zajišťuje, že blockchain je konzistentní, spolehlivý a bez chyb, což znamená, že systém může fungovat nezávisle za všech okolností, včetně selhání a hrozeb.
Typy konsenzuálních algoritmů blockchainu: Proof of Work vs. Proof of Stake
V ekosystému blockchainu existuje mnoho konsenzuálních algoritmů a stále se vyvíjejí další. Proto je důležité, aby každý uživatel nebo podnikatel byl obeznámen s vlastnostmi různých mechanismů konsenzu a uměl rozpoznat ty méně efektivní. Jakmile si osvojíte základy konsenzuálních algoritmů blockchainu, je na čase prozkoumat silné a slabé stránky dvou nejpoužívanějších konsenzuálních metod.
Proof of Work (PoW) a Proof of Stake (PoS) jsou nejpoužívanějšími metodami konsenzu v blockchainu. Obě metody řídí proces ověřování transakcí peer-to-peer a jejich přidávání do veřejné distribuované účetní knihy blockchainu bez centrální autority. Znalost rozdílů mezi PoW a PoS vám může pomoci lépe zhodnotit kryptoměny ve vašem portfoliu.
Co je Proof of Work (PoW)?
Metoda konsenzu Proof of Work byla poprvé představena na počátku 90. let minulého století jako řešení problému s e-mailovým spamem. Myšlenka spočívala v tom, že počítač musel před odesláním e-mailu provést malý výpočetní úkon. I když tento úkon měl být triviální pro každého, kdo posílá legitimní e-mail, vyžadoval obrovské množství zdrojů a výpočetního výkonu pro každého, kdo chtěl odesílat hromadné e-maily. Tvůrce bitcoinu, Satoshi Nakamoto, byl prvním, kdo použil tuto technologii v oblasti digitálních peněz v bílé knize bitcoinu.
A. Uspořádání blockchainu
Již víte, že blockchain je tvořen řetězcem bloků, které představují skupiny transakcí uspořádané chronologicky. První blok v blockchainu založeném na Proof of Work je pevně zakódován v softwaru a nazývá se blok 0 nebo blok Genesis. Zatímco první blok neodkazuje na žádné předchozí bloky, všechny ostatní bloky, které vstupují do blockchainu, musí odkazovat na předchozí bloky. Každý blok nese kopii aktualizované účetní knihy.
b. Spotřeba energie
Algoritmus Proof of Work využívá soutěžní princip k určení, kdo z účastníků (těžařů kryptoměn) může provést změnu v účetní knize. Těžaři musí využívat výpočetní energii, aby se kvalifikovali a mohli navrhovat platné bloky v souladu s pravidly sítě.
Počítače, na kterých běží bitcoinový software, známé jako uzly, ověřují transakce, zabraňují dvojímu utrácení a rozhodují o tom, zda by měl být navrhovaný blok připojen k řetězci. Těžaři bitcoinu mezi sebou soutěží, aby získali šanci vytvořit nový blok řešením složitých matematických úkolů pomocí procesu zvaného hašování. Matematické úlohy jsou obtížné k vyřešení, ale síť dokáže snadno ověřit správné řešení.
C. Účast
Metoda konsenzu PoW kombinuje výpočetní výkon s kryptografií k vytvoření konsenzu a ověření transakcí zaznamenaných v blockchainu. Těžaři, kteří se účastní procesu hašování, musí vygenerovat správnou odpověď na matematický problém, aby se kvalifikovali k přidání nového bloku do řetězce.
Zúčastnění těžaři generují řetězec pseudonáhodných čísel, která se v kombinaci s informacemi v bloku a po průchodu počítačem s hashovací funkcí musí rovnat řešení, které odpovídá podmínkám předem stanoveným algoritmem.
Jakmile je odpověď nalezena, systém odešle vítězný hash do sítě, aby ostatní těžaři mohli ověřit jeho platnost. Pokud ostatní těžaři hash ověří, blok se přidá do blockchainu a úspěšný těžař obdrží kompenzaci prostřednictvím odměny za blok.
d. Distribuce odměn
Osoba, která vytěží blok přijatý jako platný v rámci sítě, obdrží odměnu za blok, obvykle v podobě nové kryptoměny. U kryptoměn, jako je bitcoin, blockchain systematicky snižuje výši odměny za blok poté, co byl vytvořen daný počet bloků, aby celkový objem prostředků zůstal omezený a deflační.
Co je Proof of Stake (PoS)?
Metoda konsenzu Proof of Stake (PoS) je alternativou k PoW, která se objevila v roce 2012. Místo toho, aby se pouze spoléhalo na soutěž mezi počítači o vytvoření správného hashe, cílem konsenzuálního protokolu PoS je umožnit účast prostřednictvím vlastnictví konkrétní kryptoměny. Hlavním cílem bylo vyřešit problém s vysokou spotřebou energie PoW při určování pořadí blockchainu.
Algoritmus PoS používá předem definovanou sadu faktorů k pseudonáhodnému výběru uzlu z řad vlastníků mincí, který navrhne další blok blockchainu. Úkolem vybraného uzlu je kromě podepsání a odeslání bloku blockchainu také ověření platnosti transakcí uvnitř bloku.
A. Uspořádání blockchainu
Stejně jako mechanismus PoW, metoda konsenzu PoS se skládá z řetězce chronologicky uspořádaných bloků. První blok v blockchainu založeném na PoS je také pevně zakódován v softwaru jako blok Genesis. Všechny následující bloky přidané do blockchainu musí odkazovat na předchozí blok a obsahovat kompletní kopii aktualizované účetní knihy. Na rozdíl od metody PoS však zúčastněné uzly nesoutěží o výběr pro přidávání bloků. V důsledku toho jsou nové bloky obvykle kované nebo ražené, nikoli těžené.
b. Spotřeba energie
Blockchainy založené na PoS jsou známé tím, že k určení, kdo může navrhovat nové bloky, používají energeticky efektivní systém, který není závislý na vysoké spotřebě energie a výpočetním výkonu. Zastánci mechanismu konsenzu PoS ho prezentují jako ekologicky šetrný mechanismus, ve kterém je vytváření nových bloků přiděleno jednotlivým uzlům namísto vzájemné soutěže.
Vzhledem k tomu, že jak těžba PoW, tak těžba PoS vyžadují spotřebu energie, těžební a ražební uzly jsou motivovány používat co nejlevnější formu elektřiny, která nejčastěji pochází z obnovitelných zdrojů, jako je vodní energie, větrná nebo solární energie, spíše než ze zdrojů emitujících skleníkové plyny, jako je uhlí.
Zatímco těžaři PoS potřebují pouze aktivní internetové připojení, které vyžaduje malé množství energie, těžaři PoW si na druhou stranu musí pořídit specializovaný hardware (GPU), těžební zařízení a další drahá zařízení, aby měli šanci vyprodukovat blok.
C. Účast
Aby se uživatel mohl účastnit metody konsenzu PoS a měl šanci být vybrán pro přidávání bloků do řetězce, musí vsadit nebo uzamknout určité množství tokenů blockchainu v konkrétní chytré smlouvě. Vaše šance, že budete vybráni k účasti, závisí na množství kryptoměny, kterou vsadíte.
Uživatelé, kteří se chovají nekalým způsobem nebo porušují stanovená pravidla, mohou být za trest potrestáni ztrátou svého vkladu. Algoritmus PoS využívá několik dalších faktorů, aby zabránil tomu, že by se upřednostňovaly pouze nejbohatší uzly, z nichž některé zahrnují čistou náhodnost nebo počet, kolikrát uzel vsadil mince.
d. Distribuce odměn
Stejně jako u mechanismu konsenzu PoW jsou uživatelé, kteří úspěšně navrhnou platný blok, odměněni blokovou odměnou, obvykle v kryptoměně daného blockchainu. Nicméně, protože vlastnictví mincí určuje výběr, některé kryptoměnové burzy nabízejí služby stakingu tím, že provádějí staking jménem uživatelů výměnou za pravidelné výplaty.
PoW vs. PoS: Kam směřuje budoucnost?
Náš verdikt ohledně konsenzuálních algoritmů Proof of Work vs. Proof of Stake v blockchainu je, že oba fungují odlišně, ale směřují ke stejnému cíli. Vzhledem k tomu, že metoda Proof of Stake je na trhu stále relativně nová, nemusí být spravedlivé rozhodovat o tom, který z nich je jednoznačným vítězem.
PoW byl tradičním mechanismem konsenzu ve většině původních blockchainů, jako je Bitcoin a Ethereum. Ethereum však nyní pracuje na implementaci nového protokolu PoS ve snaze ukázat potenciál této nové metody konsenzu.
Mechanismus konsenzu PoW obstál ve zkoušce času a osvědčil se jako způsob zabezpečení blockchainu. To však negativně ovlivnilo škálovatelnost sítě, což se negativně promítá do transakcí. V současné době mají jednotlivci jen zřídka šanci těžit, protože těžbu převzaly velké centralizované těžební organizace s obrovským výpočetním výkonem, takže související náklady jsou neudržitelné.
Algoritmus PoS je na druhé straně energeticky efektivnější a sítě, které ho využívají, mají vyšší škálovatelnost a efektivnější transakce. Tento mechanismus však poskytuje menší zabezpečení pro kryptoměny, které jsou vsazeny účastníky.
Závěr
PoS přišel, aby vyřešil nedostatky, které jsou vlastní mechanismu PoW, a daří se mu zejména v oblasti energetické účinnosti. Nicméně, oba blockchainové konsenzuální algoritmy mohou být k dispozici i v dohledné budoucnosti, vezmeme-li v úvahu, že Bitcoin se drží PoW, zatímco Ethereum se přiklání k PoS.
Také by vás mohlo zajímat čtení o blockchainových uzlech.