💬 Блок генезиса биткойнов — алгоритм консенсуса

Блок генезиса биткойнов — алгоритм консенсуса

Алгоритм консенсуса – это механизм, используемый в компьютерных системах и блокчейнах для получения необходимого соглашения об одном значении данных или состоянии сети между распределенными процессами или многоакторными системами, такими как криптовалюты.

Блокчейн увидел свой первый реальный вариант использования благодаря интеграции алгоритма консенсуса с P2P и технологией с открытым исходным кодом, что благодаря Сатоши Накамото привело к рождению Биткойна. Алгоритмы консенсуса позволяют делиться блокчейном между участниками этой сети безопасным, аутентичным и практически неизменным образом; они состоят из набора правил и стимулов, встроенных в теорию игр, которые позволяют распределенной сети достичь единодушия в своем состоянии.

Поэтому алгоритм консенсуса впервые используется с рождением Биткойна, который и по сей день обеспечивает его развитие и устойчивость, а именно Proof-of-Work. Его недоброжелатели сочли слишком энергоемким и загрязняющим окружающую среду, и в поисках решения с меньшим воздействием на окружающую среду в 2011 году вдохновение было взято из протокола, представленного Вей Даем еще в 1998 году, из его проекта B-Money, который можно определить в качестве предшественника алгоритма консенсуса, альтернативного PoW, широко используемого по сей день, Proof of Stake.

Блокчейн — это последовательная структура, в которой информация хранится в цепочке блоков. Как следует из названия, эти блоки соединяются друг с другом в хронологическом порядке и впечатываются в эту цепочку майнерами, основными действующими лицами этого протокола, которые подтверждают информацию внутри блоков, распространяя ее на все узлы сети.

Таким образом, блокчейн представляет собой большую базу данных, которую любой пользователь может просматривать и проверять, были ли ранее потрачены введенные данные, в данном случае средства, потому что каждый раз, когда выполняется транзакция, всегда делается ссылка на предыдущую. транзакция в хронологическом порядке, защищенная криптографией, что делает ее как в теории, так и на практике, как мы увидим, неизменной. Блоки расположены в хронологическом порядке и неразрывно связаны друг с другом хронологической меткой времени неопровержимым образом: каждый блок связан с предыдущим хеш-функцией, которую нельзя инвертировать: чем длиннее цепочка блоков, тем более устойчивой она будет. к подделке, даже если изменен один блок: чем больше глубина измененного блока, тем больше вычислительных усилий требуется для его подделки, как мы увидим позже.

Доказательство работы

Это функция, которая требует выполнения определенных требований путем выполнения работы, которая требует больших затрат времени и энергии, но позволяет заказчику легко проверить выполнение этих требований.

В случае протокола Биткойн используемой системой PoW является система hashcash, представленная Адамом Бэком в его одноименной статье 1997 года: хотя эта функция изначально была создана для фильтрации спама в электронной почте, в блокчейне Биткойн , hashcash выполняет функцию алгоритма консенсуса, где в распределенном протоколе, таком как биткойн, он гарантирует, что все участники (узлы) в сети могут договориться о состоянии самой сети.

Сводка

Как работает PoW

В Proof of Work основным действующим лицом в этом механизме являются майнеры: они используют свои вычислительные мощности на службе сети для подтверждения транзакций. Чтобы они были избраны для выбора следующего блока, который будет добавлен в цепочку блоков, они должны найти решение конкретной математической задачи, затем они должны доказать, что выполнили некоторую работу и решили эту проблему, прежде чем они смогут получить награду. блок, содержащий новые транзакции. В обмен на эту услугу майнеры будут вознаграждены комиссией за проверку транзакций и, прежде всего, за чеканку новой валюты, которая называется coinbase. Только что описанный процесс называется «майнинг», и он имеет двойную особенность: с одной стороны, он служит для защиты сети посредством «доказательства работы» майнера, а с другой стороны, он выпускает новую валюту для сети. , в контролируемом и ограниченном протоколе выпуска, что делает биткойн дефляционным активом.

В децентрализованном контексте, в котором участники не знают друг друга и преобладает концепция «ненадежных», этот консенсус достигается благодаря PoW, который препятствует действиям злоумышленников, делая эту систему безопасной, что на самом деле называется как «отказоустойчивость». С помощью Proof-of-Work Накамото фактически смог решить до сих пор нерешенную математическую и теоретико-игровую проблему: проблему византийских генералов!

«Цепочка проверки работоспособности — это решение проблемы синхронизации и возможность узнать, что представляет собой глобальное представление, без необходимости доверять кому-либо».

"Цепочка проверки работоспособности – это решение проблемы синхронизации и возможность узнать, что представляет собой глобальное представление, не доверяя никому".

Сатоши Накамото

Подробно о PoW Биткойна

Каждые 10 минут блок «закрывается», т. е. подтверждается майнерами и добавляется в блокчейн; этот процесс осуществляется через Proof-of-Work: майнеры используют свои вычислительные мощности, чтобы найти решение начального хэша предыдущего блока, для этого они делают последовательные попытки, называемые «нонсами», пока не найдут решение, разрешение и последующее закрытие блока на самом деле является совершенно случайным процессом, за который борются многие майнеры.

Но что такое хеш-функция?

На языке математики и программирования хеш – это необратимая функция, которая преобразует строку произвольной длины в строку заданной длины. Существует множество алгоритмов, которые вычисляют хэш-функции с определенными свойствами, зависящими от приложения.

Затем майнеры начинают с предыдущего хэша и добавляют к нему одноразовый номер, создавая буквенно-цифровую строку, которая будет хэшем следующего блока, и так далее.

Система, используемая в протоколе Биткойн, использует алгоритм SHA-256, который создает хэш, который изменяется при любом изменении данных, даже малейшем (так называемый «лавинный эффект»), поэтому невозможно получить ввод этого хэша из его вывода, единственный способ решить эту проблему — использовать очень дорогое непрерывное доказательство работы.

Первый майнер, нашедший решение для «доказательства работы», транслирует свое решение по всей сети, уведомляя все узлы об обнаружении нового блока, они проверяют решение по хэшу и, если оно верно, работают над следующий блок. Эта работа очень избыточна; все майнеры конкурируют за один и тот же набор транзакций, чтобы найти решение.

«Доказательство работы необходимо для обеспечения безопасности, предотвращения мошенничества и сохранения достоверности данных».

"Доказательство работы необходимо для обеспечения безопасности, предотвращения мошенничества и сохранения достоверности данных".

Протокол считает действительной и подлинной только цепочку с наибольшим количеством «доказательств работы», то есть самую длинную и старую. Мошенническая цепочка нецелесообразна в долгосрочной перспективе, потому что у майнера мало шансов постоянно выигрывать вознаграждение за блок для поддержания цепочки. Со временем другие майнеры будут расширять действующую цепочку быстрее, чем поддельная цепочка, потому что она будет содержать наибольшее количество комиссий.

Главное новшество, внесенное Сатоши Накамото в свой протокол, — использование Proof-of-Work (PoW) для создания распределенного консенсуса без доверия между участниками и одновременного решения проблемы двойных расходов.

Блокчейн, таким образом, представляет собой децентрализованную систему, состоящую из нескольких субъектов, каждый из которых действует на основе побуждения и доступной им информации. Всякий раз, когда новая транзакция передается в сеть, майнеры имеют возможность включить эту транзакцию в свою копию леджера, но также в их силах игнорировать ее. Когда большинство участников сети делают один выбор, достигается консенсус.

Фундаментальная проблема в распределенных системах с несколькими участниками, которые не знают друг друга, заключается в достижении общей надежности системы и, следовательно, единогласного консенсуса. Трудность достижения этого в децентрализованной и распределенной сети состоит в том, чтобы потребовать от этих субъектов, не подозревающих друг о друге, договориться об общих факторах при отсутствии доверия. В этом контексте внедрение алгоритмов консенсуса, таких как Proof of Work, играет ключевую роль в протоколе Биткойн и подобных протоколах, решая все эти проблемы.

«У Proof-of-Work есть приятное свойство: его можно передавать через ненадежных посредников. Нам не нужно беспокоиться о цепочке передачи данных. Неважно, кто назовет вам самую длинную цепочку, доказательство работы говорит само за себя».

«Подтверждение выполнения работы имеет то замечательное свойство, что его можно передавать через ненадежных посредников. Нам не нужно беспокоиться о цепочке передачи данных. Неважно, кто назовет вам самую длинную цепочку, доказательство работы говорит само за себя».

— Сатоши Накамото

В следующей статье мы рассмотрим Proof of Stake!