По какой бы то ни было причине ты решил подтянуть свои знания про ноды и это та статья, которая даст ответы на базовые вопросы. Отмечу, что мы не будем разбирать тут совсем уж простые термины, а если ты встречаешь новое слово, то ИИ справится намного лучше и быстрее меня.
Оглавление
- Введение в понятие нод в блокчейне
- Как функционируют ноды в блокчейн-сети
- Типы нод в блокчейне
- Зачем нужны ноды в децентрализованных системах
- Заключительные мысли
1. Роль нод в Блокчейнах.
Ноды в блокчейнах - это ключевые участники, без которых не состоится любая сеть ровно так же как и футбольный матч без футболистов и судей. Ноды - это устройства с ПО (программным обеспечением), подключенные к интернету и взаимодействующее с другими такими же устройствами и программами. В совокупности они поддерживают работу блокчейн-сети. Каждый узел (нода) сети хранит часть либо всю информацию, содержащуюся в блокчейне, поскольку информация не контролируется одним главным игроком, а множеством объединенных узлов, то эта система становится децентрализованной. В итоге все держатели узлов (нод) помогают существовать блокчейну, и мы получаем устойчивую к различного рода атакам систему децентрализованного хранения данных, которой мы можем доверять.
2. Как функционируют ноды в блокчейн-сети ?
- Хранение данных:
Каждая полная нода хранит полную версию блокчейна, начиная с самого первого блока (генезис-блока). В этой копии содержатся все транзакции, когда-либо осуществлённые в сети. Тут еще вспоминаем про децентрализованное хранение, что нет одного сервера, который может сгореть/сломаться и тд, - Передача данных:
Ноды обмениваются данными между собой, передавая сведения о новых блоках и транзакциях. Когда транзакция попадает в сеть, она распространяется через ноды, которые передают её дальше другим узлам для проверки и добавления в блокчейн. - Проверка транзакций:
Ноды проверяют валидность транзакций, проверяя, соответствуют ли они правилам протокола (например, наличие достаточного баланса для выполнения транзакции или правильность цифровых подписей). Только после валидации транзакции могут быть добавлены в новый блок. Тут на теме валидаторства добавлю, что не для всех сетей функция проверки транзакций будет одинаковой, то есть она будет отличаться и об этом поговорим позже в разделе "Типы Нод". - Участие в консенсусе:
Участие в консенсусе в криптовалютах - это процесс, с помощью которого узлы (ноды) в блокчейн-сети приходят к соглашению о том какие транзакции являются действительными и должны быть добавлены в блокчейн. Консенсус необходим для того, чтобы обеспечить согласованность данных в распределённой сети. Каждый участник сети (нода) может предлагать блоки для добавления в блокчейн, но для того, чтобы блок был принят, большинство участников должно согласиться с его действительностью. - Обеспечение безопасности:
Ноды защищают сеть от атак. Чем больше активных нод в сети, тем труднее провести атаку на блокчейн, так как злоумышленнику необходимо будет контролировать большинство нод (в случае атаки 51%). Если у злоумышленника будет мощность более чем 50% от мощности сети, тогда он сможет совершать мошеннические транзакции, например, поставить, что на балансе его кошелька миллиарды монет, далее отправить эти по сути несуществующие/искусственно созданные монеты на бирже где он сольет их в стакан, нарушив экономику проекта и лишив денег держателей монеты. - Обновление блокчейна:
Когда новый блок создаётся и добавляется к блокчейну, ноды синхронизируются между собой, чтобы каждая из них имела актуальную версию цепочки. Это важно для поддержания целостности данных в сети.
3. Типы нод в блокчейне.
Тут нужно вернуться к такому термину как алгоритм консенсуса, так как от него зависит какие виды нод будут доступны для запуска на вашем устройстве или вовсе на этом блокчейне. Существует множество алгоритмов консенсуса, приведу в пример два основных - Pos и Pow и один более экзотический.
Proof of stake (Pos) - Используется в Ethereum 2.0, Cardano, Polkadot и других сетях. Валидаторы создают блоки на основе количества токенов, которые они "замораживают" (стейкают). Чем больше стейк, тем выше вероятность быть выбранным для создания блока. Другими словами, чем больше монет, тем больше вероятность получить еще монет. Более энергоэффективен по сравнению с PoW, так как не требует мощного железа для поднятия узла.
Proof of Work (Pow)
Используется, например, в Bitcoin и раннее использовался в сети Ethereum (до перехода на PoS).
Майнеры соревнуются в решении сложных математических задач, а первый кто решит задачу, получает право добавить новый блок и получает вознаграждение.
Основной недостаток - высокая потребность в вычислительных мощностях и энергозатраты. Другими словами чем больше мощность тем больше вероятность получить монеты в виде вознаграждения.
Proof of History (PoH)
Используется в блокчейне Solana. Алгоритм использует криптографическую верификацию времени для создания последовательной истории транзакций, которая служит доказательством порядка событий, ускоряя работу сети. Считается экзотическим консенсусом, если хотите подробностей, то можете почитать Доки Solana.
Наконец добрались до разновидностей узлов
1. Легкие ноды (Light Nodes)
Легкие ноды хранят только часть блокчейна, а не всю цепочку. Они запрашивают необходимую информацию от полных нод, что позволяет им работать быстрее и с меньшими ресурсами. Легкие ноды полезны для устройств с ограниченными вычислительными мощностями, таких как смартфоны.
Пример использования: клиенты для криптовалютных кошельков. (например в таких мультивалютных кошельках как Exodus или Trust Wallet поддерживается множество различных блокчейнов). Если хотите узнать больше про криптовалютные кошельки, то можете посмотреть мое Видео.
2. Полные ноды (Full Nodes)
Полные ноды хранят полную копию всего блокчейна и проверяют все транзакции и блоки. Они обеспечивают децентрализацию и безопасность сети, так как работают независимо и самостоятельно проверяют транзакции.
Примеры полных нод:
- Bitcoin Core: Это наиболее популярная реализация полной ноды для сети Bitcoin.
- Geth (Go Ethereum): Полная нода для сети Ethereum, которая позволяет участвовать в сети Ethereum, запускать смарт-контракты и верифицировать транзакции.
3. Валидаторские
Валидаторские ноды (Validator Nodes) играют ключевую роль в сетях с алгоритмом консенсуса Proof of Stake (PoS) и его вариациями, такими как Delegated Proof of Stake (DPoS) или Proof of History (PoH) в Solana. На данный момент большинство запускаемых новых блокчейнов используют в своем алгоритме консенсуса вариации PoS, поэтому расскажу побольше про этот вид Нод. В блокчейнах с вариациями алгоритма PoS нода валидатора играет ключевую роль отвечая за проверку и подтверждение транзакций, создание новых блоков, стейкинг, получение вознаграждений, безопасность.
Недостатки валидаторских нод:
Требования к стейку: Для участия в консенсусе валидаторы должны иметь значительные средства, что может ограничивать доступность этой роли для мелких участников.
Риски для стейка: Если валидатор ведет себя нечестно или нарушает правила сети, его стейк может быть частично или полностью конфискован. Если вы запустили своего валидатора, но сервер или компьютер на котором стоит нода отключается от сети по причине плохого интернета, отключения электричества и тп, то вы будете оштрафованы за пропуск предлагаемых блоков на подпись вашему узлу, ведь вы не справляетесь с основной функцией валидатора.
Примеры:
- Ethereum 2.0: В этой сети валидаторы заменили майнеров после перехода на Proof of Stake. Для участия необходимо внести 32 ETH в качестве стейка.
- Cardano: Одна из самых крупных PoS сетей, где валидаторы (stake pool операторы) подтверждают транзакции и получают вознаграждения.
- Solana: Использует комбинацию Proof of History и Proof of Stake для достижения высокого уровня масштабируемости и скорости транзакций.
4. Майнинг-ноды (Mining Nodes)
Узлы в блокчейн-сетях с алгоритмом консенсуса Proof of Work (PoW), которые занимаются проверкой и подтверждением транзакций, а также созданием новых блоков. Они выполняют вычисления для решения криптографических задач, чтобы поддерживать безопасность сети и гарантировать, что все транзакции добавляются в блокчейн в правильном порядке. Самая известный блокчейн работающий на таком алгоритме является Bitcoin. В отличии от PoS, где требуются монеты для большего заработка в блокчейнах PoW ключевым показателем является мощность вашего железа поэтому существуют целые заводы с ASIC майнерами соединенными в один мощный узел, который добывает биток. Чем выше мощность вашего устройства тем выше Хешрейт и тем выше шанс подписать новый блок и получить за него награду в BTC. Про экономику BTC можете прочитать в этой СТАТЬЕ.
5. Кластеры
Кластеры не отдельно взятый вид нод, но я все равно решил включить это понятие в этот список тк некоторые блокчейны выставляют требования для своих валидаторов, чтобы они запускались в рамках кластера.
Кластер - группа связанных узлов (нод), которые работают совместно для обеспечения высокой производительности, надежности и устойчивости блокчейн-сетей. Кластеры помогают распределять задачи между нодами, улучшая скорость обработки транзакций и повышая устойчивость сети к сбоям. Кластеры нод чаще всего используются в сетях с высокой нагрузкой и большим количеством пользователей, таких как Solana.
Недавно в нашем сообществе "Нодатека" по запуску и администрированию узлов мы создали два кластера проекта Obol, механизм работы примерно следующий: есть один лидер и несколько остальных участников, которые выступают делегаторами для лидера. На совместной церемонии одновременно запускаются все узлы после чего нужно чтобы все участники следили за работой своих узлов. Отключение от сети одного или двух участников не повлечет проблем ведь есть страхующие узлы, но если процент работающих нод упадет ниже необходимого, то наш лидер будет оштрафован.
4. Зачем нужны ноды в децентрализованных системах ?
Если вы дочитали до этого момента, то уже знаете ответ на этот вопрос. Ноды помогают распределить управление сетью между множеством участников, делая систему децентрализованной и устойчивой к сбоям или атакам. Проверка и валидация транзакций, поддержка консенсуса, безопасность, хранение данных. Собирая все эти пункты делаем вывод, что ноды выполняют ключевую роль в децентрализованных системах.
5. Заключительные мысли
На своих Telegram и Youtube каналах часто затрагиваю тему нод и запуска узлов в тестовой сети для поддержки проектов на ранней стадии в надежде на будущее вознаграждение монетами от щедрых проектов. Заходи к нам, будем очень рады новым участникам дружного комьюнити.
