Блокчейните най-общо казано са просто едни бази данни, като всеки следващ елемент е базиран на всички преди него. Например за спортните запалянковци, ако футболен мач е приключил с резултат 3:0, то е ясно, че резултатът се е развил от 1:0, след това до 2:0 и накрая 3:0. Но ако например крайният резултат е 3:2, то за да съществува блокчейн е много важно дали преди това е било 3:1 или 2:2. Повечето бази данни имат условия за това кой може да ги редактира. Този централизиран контрол е удобен, но от друга страна ги прави уязвими от хакерска атака.
За разлика от тях, публичните децентрализирани блокчейни позволяват на всеки, който ползва софтуера, да може да ги разгледа и редактира. Това звучи като пълен хаос и затова блокчейновете имат „консенсусни механизми“ или „алгоритми за консенсус“.
Консенсусът е това, което разглежда проблема с „многократно харчене“ на дигиталните пари. Ако има начин потребител на криптовалутата да може харчи една определена единица от нея повече от веднъж и да я изпрати към повече от един получател, това би подкопало цялата система и валутата би била безполезна.
Това е труден проблем пред децентрализирани дигитални валути, които нямат централен орган като банка или правителство, които следят колко пари има всеки отделен индивид, как ги харчи и на кого плаща.
Идеята зад криптовалутите и в частност първата – биткойн, е те да са децентрализирани и да няма посредник между получател и изпращач. Да не се разчита на централизиран орган, защото по този начин може да се наложи цензура на субективна база. Биткойн мрежата няма само един лидер, а много на брой потребители из цял свят управляват мрежовия софтуер. Специализираното име е node и тяхната задача е да гарантират спазването на правилата.
Как работят децентрализираните системи
Базирайки се на консенсусен механизъм, който определя правилата и спомага за защита на мрежата, а в допълнение към това и какви нови транзакции да се добавят към настоящия блокчейн. В зависимост от това какъв е механизмът има победител, който получава награда след като се валидират новите блокове. Преди създаването на биткойн децентрализираните системи са страдали от т.нар. „проблем на византийските генерали“. Без централизирано потвърждение за вярността на определена информация отделните играчи никога няма как да бъдат сигурни, че всички останали са получили същата информация и имат същата движеща цел. Фактът, че всеки знае Х не е достатъчен, защото е нужно и всеки да знае, че всеки знае Х и че всички знаят, че всеки знае Х. Прилагането на децентрализиран блокчейн на база PoW решава този проблем, тъй като не изисква 100% от участниците да са съгласни винаги. Нужно е мнозинство от 51%, а несъгласието се приема за временно явление и решението на противоречиви мнения се определя с мнозинство. С други думи, консенсус се постига, защото изчислителните ресурси са оскъдни.
Proof-of-Work
Proof-of-Work консенсус меганизмът е създаден в края на 20-ти век като начин за спиране на DDoS атаки и други злоупотреби, като спам в мрежата. По този начин се изисква свършена работа от отсрещната страна, обикновено това е изчислителна мощ. Консенсус механизмът стои и зад създаването на първата децентализирана криптовалута – биткойн.
Всичко изисква енергия, а твърдението, че определено изразходване е повече или по-малко нужно е напълно субективно, тъй като потребителите плащат пазарна цена, за да я използват. Механизмът изисква биткойн миньорите да се състезават в решаването на криптографски уравнения, използвайки своите компютри – много енергоемък процес, тъй като мрежата става все по-голяма и по-голяма. Към момента на писане на статията през ноември 2021 година хеш-рейтът е 160 ЕH/s (160 квинтилион хеша за секунда). Колкото по-голямо е това число, толкова по-сигурна е мрежата срещу 51% атаки. Икономическата логика е, че първо трябва да инвестирате пари в хардуер и след това, ако вашето оборудване за копаене има достатъчно изчислителна мощност, ще може да получите блок награда. По този начин първо доказвате на мрежата, че работата е свършена. Стимулите към биткойн миньорите са да използват възможно най-евтиния източник на енергия, например вулканична, слънчева или друга форма на възобновяема такава, като целта е максимално увеличение на печалбата. Общото потребление на енергия от миньорите не е по никакъв начин обвързано с количеството транзакции в мрежата, а изцяло със сигурността ѝ.
Proof-of-Stake
Този консенсусен механизъм е създаден в пряк отговор на енергийното потребление на Биткойн мрежата и Proof-of-Work механизма. При него се „заключва“ актив (оттук и името стейкване), за да се защити мрежата.
Всеки път, когато в мрежата ще се създаде нов блок, алгоритъм предоставя възможността на конкретен участник (който след това става „валидатор“) да публикува следващия блок от транзакции на блокчейна. Това е в рязък контраст с PoW, където наградата отива при този, който е доказал, че е свършил работата. В PoS валидатор може да бъде всеки, а изискването за хардуер е много пъти по-малко и не се изисква специализиран такъв, еднственото условие е той да „заключи“ средства в мрежата. Няма еднозначен отговор на каква база се определя кой да е валидатор, като за всеки отделен блокчейн трябва да се прочете „бялата книга“ (white paper). Сред възможните варианти са според количеството на стейкнатите койни, периода на стейкване или просто на случаен принцип. Ако валидаторът се опита да измами останалите ще бъде наказан със загуба на част от заложените си койни.
Proof-of-Stake механизмът предоставя контрол върху мрежата на собствениците на самия койн. Тези с големи количества от него могат да променят правилата. Те също така могат да натрупат повече от него просто чрез стейкване. Нежелана промяна, която само големите играчи искат с цел да се облагодетелстват би трябвало да им донесе повече негативи, защото те вече са заключили капитал в мрежата и ако стойността на 1 единица пада, те губят най-много. Proof-of-Stake е по-уязвим на централизация, тъй като контролът върху мрежата се определя единствено от заключения капитал в нея, а той е по-централизиран от труда и евтината енергия. В Proof-of-Work са необходими капитал, хардуер и предприемчиви действия, за да се извърши атака върху мрежата.
Заключение
Двaтa най-разпространени консенсус механизма са PoW и PoS. Proof-of-Work се е доказал в последните над 10 години като работещ. Двете най-големи като капитализация криптовалути са базирани на него, като в Етер вече обявиха планове за трансфер към PoS. Proof-of-Stake тепърва ще навлиза и ще се тества от пазара, като към комента най-известните и големи проекти са тези на Cardano, Solana и Algorand. Освен тях съществуват и други механизми като Proof-of-Burn, Proof-of-Activity, Proof-of-Capacity.
Daniel's blog 