🇳🇱 6 verschillende blockchain consensus mechanismen

Blockchains zijn gedistribueerde systemen waarin records van digitale transacties zowel publiekelijk verifieerbaar als onveranderlijk zijn. Elke nieuwe transactie wordt opgenomen in een blok, samen met andere recente transacties, en de blok wordt vervolgens toegevoegd aan een keten van andere blokken (vandaar de term “blockchain”).

Wil een blockchain succesvol opereren, dan moeten de deelnemers — ook wel nodes genaamd — het eens zijn over de geldigheid van elke nieuwe blok. Blockchains kunnen verschillende consensusprotocollen gebruiken om te bepalen welke blokproducerende nodes in aanmerking komen om een blok te produceren.

Om de continuïteit te garanderen, moeten blokproducenten consensus bereiken over een bepaalde transactiegeschiedenis. Dit wordt bereikt door een specifiek consensusmechanisme dat garandeert dat de meerderheid van deelnemers een overeenstemming vinden over de volgorde en correctheid van de blockchain. Dit zorgt voor vertrouwen in de blockchain als geheel, zonder dat specifieke deelnemers hoeven te worden vertrouwd. Entiteiten met onderling wantrouwen kunnen toch deelnemen aan de blockchain, wetende dat de blockchain zelf hun acties kan controleren en verifiëren.

Deze verschillende consensus protocollen bieden verschillende niveaus van veiligheid, schaalbaarheid en decentralisatie. Elk consensusmechanisme beweert de “beste” oplossing te zijn.

Laten we eens dieper ingaan op zes blockchainprotocollen.

Wat zijn de meest voorkomende consensusmechanismen?

Twee van de bekendste consensusprotocollen zijn Proof of Work (PoW) en Proof of Stake (PoS), maar er bestaan ook andere (en meerdere variaties daarop). Laten we eens kijken hoe sommige van deze mechanismen werken en waarin ze verschillen.

Proof of Work (PoW)

PoW was het consensusmechanisme dat Satoshi Nakamoto voor het eerst toepaste op de Bitcoin blockchain in 2009.

PoW is gebaseerd op competitie tussen computers (miners) om redelijk moeilijke puzzels op te lossen. De volgende miner die een mogelijke oplossing voor een vraag vindt, mag een nieuw blok aan de blockchain toevoegen.

Ergo en Ethereum Classic gebruiken ook PoW.

Hier zijn enkele voor- en nadelen in verband met een PoW-blokchain:

Voordelen

  • Om een PoW-keten aan te vallen zou de aanvaller 51% van de rekenkracht van het netwerk in handen moeten hebben — dit is te duur voor hackers.

Nadelen

  • Het hoge energieverbruik nodig voor het oplossen van de rekenkundig vraagstuk (omdat miners allemaal actief concurreren om een blok te maken) is een belangrijk nadeel van PoW-blockchains.
  • Er is dure en gespecialiseerde hardware nodig om een miner te kunnen worden, wat decentralisatie in de weg staat.
  • PoW heeft schaalbaarheidsbeperkingen door het ontwerp van het netwerk, dat de blokgrootte en blokproductietijd beperkt.

Proof of stake (PoS)

PoS is een nieuwer, minder energie-intensief en dus duurzamer consensusmechanisme dan PoW. Via PoS-consensus kunnen houders van een blockchain token deelnemen aan het beveiligen en valideren van on-chain transacties door hun inzet te delegeren aan een validator.

Peercoin, dat in 2012 werd gelanceerd, was het eerste PoS-project. Cardano, Polygon en Tezos zijn drie populaire PoS blockchains. Ethereum is onlangs overgegaan van PoW naar PoS na een succesvolle ‘Merge’.

Het is belangrijk op te merken dat, in tegenstelling tot Ethereums versie van PoS, het PoS-mechanisme van Cardano:

  • Liquid staking mogelijk maakt (d.w.z. geen lock-up) waardoor houders van Cardano native tokens op elk moment hun inzet kunnen spenderen, intrekken of delegeren aan een andere validator (stake pool).
  • Vereist een klein startkapitaal van 2,17 ADA om te starten met staken.
  • Heeft geen slashing-functie die delegators oneerlijk dreigt te straffen voor het staken bij nodes die niet correct opereren.

Ouroboros is Cardano’s PoS consensus protocol en was het eerste aantoonbaar veilige PoS protocol. Met andere woorden, Ouroboros biedt wiskundig verifieerbare beveiliging tegen aanvallers. Het protocol is gegarandeerd veilig, zolang 51% van de inzet in handen is van eerlijke deelnemers. Volgens Google scholar is de originele paper meer dan 1400 keer academisch geciteerd, en worden varianten van het protocol gebruikt op andere PoS-blockchains.

Laten we eens kijken naar de voor- en nadelen van PoS:

Voordelen

Nadelen

  • Bij sommige PoS-consensusmechanismen moeten validators een klein deel van hun activa (pledge) vastzetten, dat gedurende een bepaalde periode niet kan worden vrijgegeven. Dit geldt niet voor Cardano.
  • Validators met de grootste hoeveelheid staked assets, of die meerdere stake pools hebben, hebben aanzienlijke invloed bij het valideren van transacties, wat veiligheidsrisico’s kan opleveren.
  • Bij sommige blockchains kunnen delegators en validators het risico lopen een deel van hun staked assets te verliezen (slashing) als validators onnauwkeurige transacties valideren, samen met andere validators offline gaan, of het netwerk aanvallen. Er is geen sprake van slashing op Cardano.
  • PoS-systemen met een klein aantal actieve validators, of die te veel vertrouwen op centraal gehoste Cloud-diensten (versus bare metal, zelf gehoste nodes), verminderen de decentralisatie.

Gedelegeerd Proof of Stake (DPoS)

DPoS is een aangepast PoS-consensusmechanisme dat een stemsysteem implementeert met twee actoren: afgevaardigden en kiezers.

Kiezers zetten hun activa in en kiezen afgevaardigden om transacties op het netwerk te valideren. Dit betekent dat het vermogen van een afgevaardigde om validator te worden en te blijven afhangt van zijn reputatie. Eén fout en hij kan worden verwijderd en vervangen. Het handhaven van hun reputatie is dus van cruciaal belang.

WAX en EOS zijn DPoS blockchains.

De voor- en nadelen van een DPoS-consensusmechanisme zijn:

Voordelen

  • Transacties verlopen snel op een DPoS-netwerk door het beperkte aantal validators, waardoor een snellere consensus mogelijk is.
  • Een DPoS consensus blockchain blijft veilig door stemming. Elke afgevaardigde die zich verdacht gedraagt, kan onmiddellijk weggestemd worden.
  • Een DPoS blockchain is zeer energie-efficiënt.

Nadelen

  • DPoS-netwerken kunnen gevoeliger zijn voor een 51%-aanval door het relatief kleine aantal validators. Deze aanval kan voorkomen wanneer meer dan 50% van de stake van de keten wordt gecontroleerd door één individu of groep.
  • DPoS blockchains zijn meer gecentraliseerd dan sommige van de andere consensusmechanismen omdat er minder validators zijn op een DPoS keten.
  • Kiezers met meer stake hebben meer invloed.

Proof of Authority (PoA)

PoA is een consensusmodel dat wellicht beter geschikt is voor private netwerken. In plaats van de digitale activa van de blockchain te staken, wordt de validatie toevertrouwd aan een commissie — in tegenstelling tot openbare (d.w.z. toestemmingsloze) deelname.

Het PoA-consensusmechanisme bepaalt een vast aantal nodes voor het onderhoud van de blockchain. Deze nodes verdienen het exclusieve recht om het netwerk te beveiligen en transacties te valideren.

VeChain en private netwerken zoals JP Morgan’s Coin Systems gebruiken dit mechanisme.

Een PoA-protocol heeft de volgende voor- en nadelen:

Voordeel

  • Net als PoS is dit model energie-efficiënt en vereist het geen dure hardware of veel rekenkracht.

Nadelen

  • De blockchain wordt onderhouden door een klein aantal goedgekeurde validators, wat betekent dat het niet echt gedecentraliseerd is.
  • Om een validator te worden is een groot budget nodig, wat het voor de meeste mensen moeilijker maakt om aan het proces deel te nemen.

Proof of capacity (PoC)

PoC — ook bekend als proof of space — vereist dat miners beschikbare schijfruimte hebben om mijnrechten te verkrijgen en transacties te valideren. Net als bij PoW worden bij PoC de rechten om een nieuw blok te produceren evenredig toegewezen aan de opslagruimte (in plaats van rekenkracht) die een bepaalde miner aan het PoC-systeem besteedt.

Blockchains die PoC gebruiken zijn onder meer Chia, Signum (vroeger bekend als Burstcoin), SpaceMint en Storj.

Voordelen

  • Blokproductie vereist geen hoog energieverbruik, aangezien de selectie van blokproducenten afhangt van de beschikbare schijfruimte.
  • Elke standaard harde schijf is compatibel met PoC.
  • De schijf kan worden gebruikt voor elke andere gegevensopslag nadat de data voor blokproductie zijn verwijderd, in tegenstelling tot PoW-mechanismen waarbij de hardware alleen wordt gebruikt om te mijnen.
  • Nodes hebben geen upgrades van de harde schijf of gespecialiseerde hardware nodig, maar alleen schijfruimte.

Nadeel

  • Als het PoC-model aan populariteit wint, zou het mechanisme de vraag naar gegevensopslag kunnen doen toenemen om de kansen van een miner te vergroten om een blok te valideren.

Proof of Useful Work (PoUW): een nieuw en duurzaam consensusmechanisme

De blockchain-industrie is nog redelijk nieuw en bestaat nog geen tien jaar. Organisaties en blockchainprojecten onderzoeken voortdurend hoe zij consensusmechanismen kunnen bouwen en verbeteren.

Input Output Global is zo’n voorbeeld met zijn recente onderzoek naar Ofelimos — een nieuw proof of useful work (PoUW) consensusmechanisme dat de energieverspilling in een PoW-mechanisme tracht te minimaliseren.

Op het moment van schrijven gebruikt geen enkele blockchain PoUW, en zijn de voor- en nadelen van dit consensusmechanisme slechts theoretisch. Hier volgt een mogelijk voordeel en een vermoedelijk nadeel van Ofelimos:

Voordeel

  • PoUW zorgt ervoor dat ten minste een deel van de rekenkracht van PoW wordt gebruikt om complexe problemen uit de echte wereld op te lossen. Voorbeelden hiervan zijn DNA-sequencing, gedistribueerde berekeningen, ontvouwen van eiwitten, stadsplanning, enz.

Nadeel

  • Het PoUW-model vereist een continue stroom van complexe real-world problemen om op te lossen, anders is er een onnodig verlies van rekenkracht zoals in PoW-protocollen.

Leer meer over dit nieuwe model door dit diepgaande artikel te lezen.

Tekst vertaald naar het Nederlands door BeADA Cardano Stake Pool (www.beadapool.com). Als u dit artikel nuttig vond, kan u mijn werk steunen door te delegeren aan onze Cardano stake pool (ticker: BEADA) Origineel artikel vindt u hier.