Алгоритм консенсусу – це серце будь-якого блокчейна. Саме він визначає, хто і як записує нові дані в мережу, як забезпечується чесність і захист від атак. Від архітектури консенсусу залежать ключові властивості системи: швидкість транзакцій, стійкість до цензури, безпека, рівень децентралізації, масштабованість.
Зі зростанням кількості користувачів і сценаріїв застосування блокчейна, досягнення консенсусу стало питанням балансу. Цей баланс відомий як трилема блокчейна: неможливість одночасно досягти високої масштабованості, децентралізації та повної безпеки – для реалізації двох у жертву завжди приноситься третій.
У цій статті ми розглянемо підходи, що можуть стати альтернативою звичним моделям – DAG, BFT і DPoS. Усі вони по-своєму намагаються розв’язати питання трилеми та побудувати механізм, що може закласти основу механізмів нового покоління.
Чому ми продовжуємо шукати нові рішення
Від початку ери блокчейна Bitcoin закріпив за собою роль першопрохідця – як перша децентралізована система, що успішно вирішила завдання досягнення консенсусу без довіреної третьої сторони. Його алгоритм Proof-of-Work (PoW) забезпечив захист і непідробність даних у мережі, проте зі зростанням популярності ставав дедалі непрактичнішим: енерговитрати, обмежена пропускна здатність і висока вартість участі створили очевидні бар’єри для (прямого) масштабування.
Proof-of-Stake (PoS), запропонований як енергоефективна альтернатива, сильно просунувся вперед, однак і він не став універсальним рішенням. Уразливість до централізації та проблеми справедливої участі залишили відкритими питання безпеки та стійкості в довгостроковій перспективі. Наприклад, мережа Solana обробляє в середньому ~1500 на секунду (коли як Bitcoin ~7 TPS) – при цьому за останні кілька років у масштабованому блокчейні було більше десятка збоїв.
Розробники опинилися перед вибором: або допрацьовувати наявні моделі, або переосмислювати саму ідею консенсусу. Саме так з’явився цілий клас альтернативних алгоритмів, які запропонували нові підходи до вирішення питання.
Три альтернативи старим системам
DPoS, DAG, BFT – алгоритми консенсусу, що по-своєму розв’язують задачу блокчейну: як переконатися, що учасники приходять до єдиного та чесного стану даних, якщо між ними немає довіри, намагаючись при цьому знайти компроміс у вирішенні трилеми.
Розглянемо кожен із них і почнемо з найбільш близького до класичної моделі PoS.
Delegated Proof of Stake (DPoS)
DPoS був запропонований як модифікація Proof-of-Stake, розроблена для підвищення продуктивності за рахунок часткової централізації прав валідації. Замість того щоб кожен валідатор безпосередньо брав участь у створенні блоків, DPoS запроваджує модель представницької демократії: власники токенів голосують за делегатів, і саме вони відповідають за підтвердження блоків упродовж певного часу.
Основна відмінність DPoS – поділ учасників блокчейну на токен-холдерів, що володіють правом голосу, та делегатів (обраних холдерами валідаторів-вузлів, що відповідають за створення нових блоків та фіналізацію транзакцій за винагороду).
Кожен користувач може делегувати токени, віддавши голос за своїх кандидатів. Делегати, які набрали найбільше голосів, входять в обмежений набір активних вузлів. Голосування відбувається безперервно: список делегатів може змінюватися в міру зміни розподілу голосів – вони можуть бути зміщені або переобрані.
Переваги:
- Висока продуктивність: фіксоване число делегатів дає змогу досягати високої швидкості (в EOS – 0,5 секунди на блок, у Tron – 3 секунди).
- Енергоефективність: немає майнінгу та гонки обчислювальних потужностей.
- Гнучке управління: делегати можуть швидко впроваджувати оновлення і реагувати на збої. Конкуренція за голоси мотивує до чесної, ефективної роботи.
Головний недолік такої системи – обмежена децентралізація. На практиці список делегатів рідко змінюється, і блокчейн де-факто контролюється кількома великими гравцями. Саме на таку критику, наприклад, часто наражається мережа Tron – у її структурі використовуються лише 27 супервалідаторів, яких обирають майже без участі користувачів. У блокчейні EOS працює тільки 21 обраний делегат.
У контексті трилеми: DPoS жертвує частиною децентралізації заради швидкості та масштабованості, зберігаючи при цьому базову безпеку. Його застосування виправдане в системах, де важливі швидкість, низька вартість і керованість – але викликає критику в контексті децентралізації та стійкості до кризи управління.
Directed Acyclic Graph (DAG)
DAG – це підхід до організації даних у мережі, в якій транзакції не групуються в блоки і не шикуються в лінійний ланцюжок. Такий механізм дає змогу мережі масштабуватися «горизонтально» у міру збільшення активності користувачів.
Кожна транзакція містить посилання («ребра») на попередні транзакції, формуючи спрямований граф без циклів. Нова транзакція вважається «підтвердженою», якщо вона отримала достатньо непрямих підтверджень від інших транзакцій, створених після неї. Чим вище навантаження – тим швидше граф і надійніше підтвердження.
Переваги:
- Висока теоретична пропускна здатність, особливо при зростанні кількості користувачів. Кожна нова транзакція бере участь у підтвердженні інших, що знижує затримки і збільшує пропускну спроможність «блокчейна».
- Блоки як одиниці консенсусу відсутні, немає центрального порядку оброблення і необхідності у валідаторах для збирання і підтвердження блоків.
- Безліч транзакцій може оброблятися одночасно без черги.
Такий підхід дає змогу відмовитися від механізму синхронізації, характерного для класичного блокчейна, і перерозподілити відповідальність за консенсус на всіх.
Недоліки: уразливість і уповільнення за низької активності; фіналізація блоків не є зумовленою наперед, а має ймовірнісний характер; для захисту від спаму, конфліктів і навмисних атак необхідні централізовані механізми.
У контексті трилеми: DAG робить ставку на масштабованість і ефективність, жертвуючи в чистому вигляді або децентралізацією (через необхідність координаторів), або суворою безпекою (в умовах низької активності). Але у поєднанні з іншими механізмами (як ZK-Proof) він здатний стати основою мереж нового рівня.
Byzantine Fault Tolerance (BFT)
BFT – це алгоритм, що забезпечує досягнення згоди в розподіленій мережі, навіть якщо частина вузлів поводиться непередбачувано або зловмисно (аж до однієї третини від загальної кількості). Він базується на розподіленому голосуванні між вузлами і гарантованому підтвердженні транзакцій при досягненні консенсусу.
- Ключова відмінність від PoW і PoS, де схвалення блоків досягається поступово (шляхом «накопичення» підтверджень), BFT забезпечують рішення консенсусу в реальному часі: блок або прийнятий і назавжди закріплений, або відкинутий.
Це працює так: блокчейн складається з відомого (або частково відомого) набору валідаторів. При створенні нового блоку учасники обмінюються повідомленнями (у кілька раундів), досягаючи консенсусу з приводу вмісту блоку. Після його досягнення блок вважається підтвердженим, що не може бути скасовано.
Один із популярних прикладів реалізації – мережа Avalanche, що використовує принцип «візантійської відмовостійкості» як один з елементів системи.
У контексті трилеми: на відміну від двох попередніх алгоритмів, які жертвують частиною децентралізації, BFT – заради стійкості до збоїв і високої швидкості підтвердження – жертвує масштабованістю: кількість повідомлень між вузлами зростає пропорційно квадрату кількості валідаторів, що обмежує масштаб мережі. Також це впливає на складність синхронізації, особливо в географічно «широких» мережах із високою затримкою. Вони добре підходять для мереж з лімітом на число валідаторів, наприклад, державних або корпоративних рішень.
Досконалий алгоритм консенсусу поки недосяжний, проте DAG, BFT і DPoS демонструють, що компроміси блокчейн-трилеми можна звести до мінімуму. Вони пропонують різні архітектурні рішення, здатні працювати в різноманітних умовах. Саме ця гнучкість робить їх важливою частиною розвитку криптотехнологій.
І показує, що розвиток алгоритмів консенсусу, шлях до ефективного рішення – це постійний пошук балансу, а не просте знаходження універсальної формули.
Цей матеріал – не редакційний, це – особиста думка його автора. Редакція може не поділяти цю думку.
Сообщить об опечатке
Текст, который будет отправлен нашим редакторам: