Одной из самых революционных технологий последних лет стал блокчейн, который является децентрализованным публичным реестром учета криптовалютных транзакций, однако за всю историю ни один разработчик или платформа не смогли создать для него такой механизм консенсуса, который был бы невосприимчив к проблемам или критике.
Блокчейн по сути состоит из связанной структуры данных, реплицируемой через одноранговую сеть (P2P), где новые блоки создаются путем объединения новых транзакций. Пиры (ноды, узлы) используют такие механизмы, как Proof-of-Work (PoW) или Proof-of-Stake (PoS), для достижения согласия о транзакциях и общем состоянии сети в инклюзивных блокчейнах (permissionless), типа Bitcoin или Ethereum.
Эксклюзивные блокчейны (permissioned), т.е. с правами доступа, такие как XRP Ledger, появились как способ объединить бизнес и криптовалюты. Для этих блокчейнов было предложено множество методов консенсуса, каждый из которых обладает уникальным набором преимуществ и недостатков.
Одним из вариантов является алгоритм консенсуса под названием Proof-of-Authority (PoA) — Доказательство полномочий.
Что такое Proof-of-Authority (PoA)
Новое семейство византийских отказоустойчивых алгоритмов консенсуса, таких как PoA, широко используется на практике для обеспечения более высокой производительности по сравнению с традиционной практической византийской отказоустойчивостью (pBFT). Гэвин Вуд, соучредитель и бывший технический директор Ethereum, представил PoA в качестве средства защиты блокчейнов на базе Ethereum в 2017 году.
Процесс консенсуса PoA наделяет нескольких участников блокчейна полномочиями подтверждать транзакции в сети и обновлять распределенный реестр. Алгоритм разбивает процесс на раунды, в которых выбранный валидатор выступает в качестве "майнера" и отвечает за форджинг новых блоков.
Одно из преимуществ PoA перед pBFT заключается в том, что доказательство полномочий работает проще, чем практическая византийская отказоустойчивость, поскольку не требует большого количества обменов информацией между валидаторами, а значит обходится дешевле в плане сетевых комиссий при более высокой масштабируемости.
Однако в настоящей синхронной сетевой модели, такой как Интернет, реальные эффекты такого повышения производительности несколько туманны, особенно в плане гарантий доступности сети и согласованности в ней, что относится к числу ограничений proof-of-authority.
Что такое Proof-of-Stake (PoS)
Чтобы заменить механизмы консенсуса Proof-of-Work (PoW), которые потребляют много энергии, были созданы протоколы Proof-of-Stake (PoS). В методе консенсуса PoS валидаторы выбираются на основе их стейка, а не вычислительной мощности. Количество монет, которыми владеет валидирующий узел, определяет его долю (вес или голос) в методе достижения согласия.
Polkadot, Avalanche и Cardano — это несколько примеров современных блокчейнов с PoS, доминирующих на рынке; и Ethereum, который изначально задумывался как PoW-сеть и перешел на PoS-модель.
Как работает Proof-of-Authority
Консенсус PoA отличается от консенсуса PoS тем, что он использует идентификационные данные, а не цифровые активы, которыми владеет каждый пользователь, т.е. репутация человека более ценна, чем его имущество.
Под идентификацией здесь подразумевается уверенность в том, что валидаторы являются теми, за кого себя выдают, а значит информация в их профиле или учетной записи на платформе соответствует информации в их официальном документе, удостоверяющем личность.
Валидаторы, прежде чем приступить к проверке транзакций и созданию новых блоков, предварительно должны быть утверждены "уполномоченной" группой, так сказать "заиметь авторитет". Чтобы его получить, валидаторы должны соответствовать ряду требований. Два из этих требований заключаются в том, что они должны нотариально подтвердить свой профиль на платформе и следовать правилам, обеспечивающим нормальное функционирование сети.
Процесс получения полномочий, или авторитета, должен соответствовать принятым нормам, чтобы гарантировать, что все претенденты имеют равные возможности быть выбранными на привилегированную должность валидатора сети и получать вознаграждения за свою работу.
Таким образом, участие в работе децентрализованной сети с алгоритмом PoA сопряжено с определенными проблемами, поскольку власть принадлежит лишь нескольким привилегированным пользователям, прошедшим процедуру KYC. Поэтому консенсус PoA считается решением для приватного блокчейна, а не публичного.
Как работает Proof-of-Stake
Во многих блокчейнах для достижения согласия используется особая методика, называемая proof-of-stake. Для участия в качестве валидатора, к примеру блокчейна Ethereum, пользователь должен заблокировать 32 ETH в депозитном смарт-контракте.
Пиры сети отправляют новые блоки валидаторам, которые подтверждают транзакции, содержащиеся в блоке, и проверяется его подпись. После этого валидатор транслирует по всей сети свой "голос" (подтверждение) в поддержку проверенного блока. Если валидатор действует нечестно или небрежно, заблокированный в стейке Эфир служит залогом, который может быть сожжен, т.е. валидатор отвечает своим балансом за создание и присоединение новых допустимых блоков к цепочке.
Proof-of-Authority (PoA) и Proof-of-Stake (PoS): преимущества и недостатки
Как и любой другой механизм консенсуса, алгоритмы PoA и PoS имеют свои преимуществами и недостатками.
PoA
Алгоритм PoA снижает затраты энергии на поддержание работы сети и упрощает проверку. Алгоритм PoA не требует решения сложных задач, чтобы гарантировать постоянную связь между узлами, а валидаторам не требуется специализированное оборудование для работы.
Благодаря алгоритму proof-of-authority, блокчейн имеет более высокую скорость обработки и подтверждения транзакций, чем PoS или PoW. Генерация блоков предсказуема и зависимости от количества валидаторов.
Кроме того, сеть PoA более устойчива к атакам, чем консенсус PoS или PoW, поскольку пользователь, которому удастся захватить контроль над 51% вычислительной мощности, не сможет скомпрометировать сеть, т.к. право генерировать новые блоки переходит от валидатора к валидатору независимо от используемых ими мощностей.
PoS
Стейкинг в PoS способствует децентрализации, позволяя индивидуально участвовать в обеспечении безопасности сети. Однако, отдельный человек или группа хакеров могут атаковать или отключить PoS сеть, если будут обладать достаточно большим количеством монет в стейке (51% от общего количества).
Для защиты сети почти каждый блокчейн использует методы, которые препятствуют злонамеренным действиям хакеров. Например, чтобы предотвратить атаки 51%, многие PoS-сети дополнительно используют технику слэшинга, которая забирает часть стейка валидатора, если его действия наносят вред или не соответствуют утвержденным правилам. Однако, это представляет некоторую проблему, поскольку слэшинг может произойти даже в том случае, если валидатор непреднамеренно делает что-либо негативное.
Что лучше
PoA можно считать идеальным вариантом с точки зрения безопасности и энергопотребления. Но поскольку PoA — это более централизованная стратегия поддержания консенсуса, она ориентирована на предприятия или частные группы, которые используют эксклюзивные блокчейны.
Proof-of-Authority является модифицированной версией Proof-of-Stake, в которой гарантией честности служит идентификация валидатора, а не баланс кошелька. Конструкция PoA создает модель стимулов, в которой оптимальным вариантом действий является работа в интересах сети, что является наиболее эффективным в экономическом плане. Однако, из-за простоты PoA крайне важно гарантировать независимость валидаторов и предоставить им инструменты, необходимые для защиты узлов.
Proof-of-Stake — это проверенный временем и хорошо зарекомендовавший себя алгоритм, который можно использовать не только для денег. Например, в децентрализованных системах защиты от спама, при разработке децентрализованных приложений (dApps), для обеспечения безопасности и масштабируемости криптовалют алгоритм PoS будет лучшим выбором. Учитывая растущий спрос на масштабируемую, безопасную и эффективную криптографическую инфраструктуру, механизм консенсуса PoS можно считать идеальным выбором для инклюзивных блокчейн-платформ.
