Konsensusalgoritmi (Konsensusmekanismi)

Lohkoketjuteknologian ja kryptovaluuttojen yleistyminen on luonut tarpeen uudenlaisille mekanismeille taloudellisten transaktioiden tekemiseen ja arvon s?ilytt?miseen liittyen. Konsensusalgoritmi on keskeinen tekij? lohkoketjuissa, sill? se mahdollistaa yhteisen sopimuksen saavuttamisen sen tilasta kaikkien k?ytt?jien kesken.

T?m? yhteisymm?rrys julkisesta tilikirjasta on v?ltt?m?t?n, jotta lohkoketju voi toimia luotettavasti ja turvallisesti, sill? sen avulla voidaan tehokkaasti est?? petoksia ja muita v??rink?yt?ksi?.

Mik? on konsensusalgoritmi?

Lohkoketjuteknologia ja kryptovaluutat ovat tuoneet mukanaan uudenlaisen tavan k?ytt?? digitaalisia varoja. Konsensusalgoritmi on t?m?n teknologian ydin, sill? sen avulla m??ritell??n se, miten lohkoketjun tila validoidaan ja sen verkkoa yll?pidet??n.

Sana “konsensus” tarkoittaa yhteist? sopimusta ja k?sityst? siit?, mik? on tilikirjan tila kullakin hetkell?.

Lohkoketju on viime k?dess? hajautettu kirjanpito, joka tallentaa kaikki k?ytt?jien tapahtumat ja heid?n tiliens? saldot. Kaikkien lohkoketjuun osallistuvien on oltava yht? mielt? kirjanpidon tilasta, jotta sen toiminta voi olla luotettavalla pohjalla. Juuri t?ss? kohtaa konsensusalgoritmi astuu kuvaan.

Konsensusalgoritmi on prosessi, jossa lohkoketjun solmut eli tietokoneet, jotka vahvistavat ja tallentavat tapahtumat, p??sev?t yksimielisyyteen kirjanpidon senhetkisest? tilasta.

Konsensusalgoritmi on lohkoketjujen osalta kriittinen, koska se est?? haitallisia toimijoita huijaamasta j?rjestelm??, jolloin esimerkiksi petosten tekeminen vaikeutuu huomattavasti. Mekanismi est?? v??rink?yt?ksi?, kuten kryptovaluutan kaksinkertaisen k?ytt?misen ja Sybil-hy?kk?ykset, kannustamalla k?ytt?ji? toimimaan rehellisesti.

N?in ollen konsensusmekanismi sis?lt?? s??nn?t ja kannustimet, jotka mahdollistavat lohkoketjun p??semisen yhteisymm?rrykseen lohkoketjun tilasta.

Miten konsensusalgoritmi toimii?

Otetaan esimerkkin? tilanne, jossa k?ytt?j? haluaa tehd? kaksi siirtoa samoihin kolikoihin perustuen. Pekka on pahantahtoinen toimija, jolla on kryptolompakon saldossa 10 kolikkoa. H?n haluaa k?ytt?? samat tokeninsa kahdesti l?hett?m?ll? 10 tokenia Niinalle ja sen j?lkeen siirt?m?ll? samat 10 tokenia Lasselle.

Jotta Pekka onnistuisi huijaamaan Niinaa ja Lassea, h?nen pit?isi saada kaikki lohkoketjun solmut hyv?ksym??n h?nen kyseenalainen siirtonsa.

Koska julkinen lohkoketju on hajautettu ja avoin, j?rjestelm? luottaa hyviin ja luotettaviin toimijoihin, joilla on valtaa hyl?t? v??r?t tapahtumat. Niin kauan kuin hyvi? toimijoita on enemm?n kuin v??rink?ytt?ji?, Pekka ei pysty k?ytt?m??n kolikoitaan kahteen kertaan, koska lohkoketju ei ole yht? mielt? n?ist? kahdesta siirrosta.

Toisin sanoen luotettavien toimijoiden tarkistaessa lohkoketjun tila virhe huomattaisiin ja estett?isiin tehokkaasti.

Konsensusalgoritmien tyypit esittelyss?

Seuraavaksi tutkitaan l?hemmin erilaisia konsensusalgoritmeja, joita k?ytet??n lohkoketjuissa:

• Proof-of-Work, PoW
• Proof-of-Stake, PoS
• Delegated Proof-of-Stake, dPoS
• Proof-of-Authority, PoA
• Hybrid PoW/PoS
• Proof-of-Burn, PoB
• Delayed Proof-of-Work, dPoW

Proof-of-Work (PoW)

Ty?n todistus eli PoW on tunnetuin konsensusalgoritmi. Se on ensimm?isen julkisen lohkoketjun – Bitcoinin – k?ytt?m? konsensusalgoritmi.

PoW-konsensusmekanismissa verkoston yll?pit?j?t, joita sanotaan louhijoiksi, k?ytt?v?t tietokoneidensa laskentatehoa tapahtumien vahvistamiseen ja uusien lohkojen lis??miseen lohkoketjun kirjanpitoon. Vastineeksi louhijat palkitaan uusilla tokeneilla heid?n tekem?st??n rehellisest? ty?st??n.

PoW-lohkoketju pysyy turvallisena niin kauan kuin rehelliset solmut hallitsevat yli 51 prosenttia verkoston laskentatehosta. T?ll?in rehelliset louhijat hallitsevat suurinta osaa laskentatehosta, joten luotettavasti ja rehellisesti varmennettu lohkoketjun tila ehtii muiden edelle.

Proof-of-Stake (PoS)

PoS-konsensusmekanismi sai laajempaa julkisuutta, kun Ethereum siirtyi PoW-algoritmista siihen vuonna 2022.

Tuolloin aikaisemmat PoW-louhijat korvattiin PoS-steikkaajilla. Toisin kuin louhijoiden, steikkaajien ei tarvitse k?ytt?? niin paljon laskentatehoa ja s?hk?energiaa tapahtumien vahvistamiseen. Sen sijaan heid?n on panostettava omaa p??omaa kyseisen lohkoketjun natiivin kryptovaluutan muodossa, jotta heist? voi tulla verkoston validoijia.

T?m?n j?lkeen lohkoketjuun muodostui validoijien eli solmujen joukko, josta valitaan satunnaisesti toimijoita luomaan uusia lohkoja. Uuden lohkon luomisen j?lkeen sen tekij? palkitaan uusilla kolikoilla, mik? antaa taloudellisen motivaation validoijille steikata p??omaa lohkoketjussa.

N?m? erilaiset takuut ja lohkopalkkiot varmistavat sen, ett? validoijat pysyv?t rehellisin? ja t?ytt?v?t velvollisuutensa vahvistaa tapahtumia, luoda uusia lohkoja ja yll?pit?? verkkoa toiminnassa.

Jokainen validoija riskeeraa steikatun p??omansa, jos h?n p??tt?? toimia vilpillisesti. Mik?li valittu solmu ei osallistu lohkoketjun toimintaan kutsuttaessa, h?n menett?? kaikki lohkopalkkiot.

Esimerkiksi t?m?n artikkelin kirjoitushetkell? k?ytt?j?n on panostettava 32 ETH:t? tullakseen validoijaksi Ethereumissa.

PoW- ja PoS-konsensusalgoritmien keskeisimm?t erot

Delegated Proof-of-Stake (dPoS)

Delegated Proof-of-Stake -konsensumekanismi on PoS-algoritmin muunnelma. Siin? lohkoketjun k?ytt?j?t ??nest?v?t ja valitsevat haluamiaan toimijoita lohkojen varmistajiksi.

dPoS perustuu k?ytt?jien maineeseen, joten ne valitaan pitk?lti heid?n luotettavuutensa perusteella. dPoS-verkoissa on v?hemm?n validoijia kuin PoS-lohkoketjuissa, mik? mahdollistaa yhteisymm?rryksen saavuttamisen nopeammin verkossa.

dPoS-j?rjestelm?t voivat kuitenkin olla haavoittuvia niin sanotulle “51 prosentin” -hy?kk?yksille, koska validoijia on verkossa vain v?h?n. T?m?n takia konsensusmenetelm?ss? on liiallisen vallan keskittymisen vaara, koska validoijia on vain muutama ja ??nestys perustuu heid?n maineeseen.

Proof-of-Authority (PoA)

Proof-of-Authority on konsensusmekanismi, jossa vain valtuutetut tahot voivat toimia lohkojen validoijina.

Mahdolliset solmut k?yv?t l?pi seulontaprosessin, jossa heid?t valitaan luotettavuuden, erilaisten moraalisten standardien, sijoitettavan p??oman, luotettavuuden ja maineen perusteella. PoA on pidetty tehokkaana konsensusmekanismina, koska verkko nojaa luotettavien toimijoiden pieneen m??r??n.

Kuten DPoS, my?s PoA-konsensusmekanismi on altis liialliselle keskittymiselle, jolloin vaaraksi tulee etenkin se, ett? haitalliset toimijat saattavat saada lohkoketjussa yli 51 prosentin ??nivallan.

Hybridi PoW/PoS

Kuten nimest? voi p??tell?, hybridi PoW/PoS -konsensusmekanismi yhdist?? Proof of Stake ja Proof of Stake -konsensusalgoritmit. T?m? l?hestymistapa yhdist?? PoW:n turvallisuuden ja PoS:n hallinnon yhteen luoden mielenkiintoisen ja turvallisen kokonaisuuden.

Hyv? esimerkki lohkoketjusta, joka k?ytt?? t?t? mekanismia, on Decred. Decredin PoW-louhijat toimivat samalla tavalla kuin Bitcoin-lohkoketjussa, eli ne vahvistavat tapahtumia ja luovat uusia lohkoja.

Decredin PoS on suunniteltu etenkin hallintoa silm?ll? pit?en. DCR-tokenien omistajat voivat steikata kolikoitaan saadakseen ??nest?miseen oikeuttavia ??ni?. ??nestysoikeuden haltijat valitaan satunnaisesti hyv?ksym??n PoW-louhijoiden tekem?? ty?t? ja heill? on my?s mahdollisuus ??nest?? muutosehdotuksista projektiin liittyen.

Proof-of-Burn (PoB)

T?m?n konsensusalgoritmin kohdalla on hyv? ymm?rt??, mit? kryptojen polttaminen tarkoittaa. Polttaminen on prosessi, jossa kolikoita poistetaan pysyv?sti kierrosta l?hett?m?ll? ne sellaiseen osoitteeseen, josta niit? ei voi en?? palauttaa.

PoB on konsensusmekanismi, joka vaatii louhijoilta kolikoiden polttamista. Kolikoiden polttaminen on kustannus, joka vaaditaan louhintaan osallistumisesta eli lohkoketjujen tapahtumien vahvistamiseen, uusien lohkojen luomiseen ja lohkopalkkioiden vastaanottamiseen.

Iain Stewartin – PoB-algoritmin alkuper?isen luojan – mukaan mit? enemm?n kolikoita louhija polttaa, sit? suurempi on h?nen louhintaan liittyv? kapasiteettinsa.

Koska PoB-louhijat polttavat kolikoita sen sijaan, ett? k?ytt?isiv?t siihen louhintaan tarvittavia tietokoneita, PoB tarvitsee merkitt?v?sti v?hemm?n energiaa verrattuna PoW:hen. Juuri suuri energiantarve on yksi suurimmista ongelmista, josta Bitcoinia on paljon kritisoitu.

Delayed Proof-of-Work (dPoW)

Delayed Proof-of-Work on konsensusmekanismi, jossa lohkoketju hy?dynt?? jonkin toissijaisen PoW-verkon turvallisuutta, kuten Bitcoinin. T?m?n mekanismin kehitti Komodo-s??ti?.

Komodon mukaan dPoW-verkot k?ytt?v?t toissijaista PoW-lohkoketjua tallentaakseen varmuuskopioita lohkoketjunsa historiasta. Alkuper?isen dPoW-ketjun yksitt?inen kopio mahdollistaa koko verkon uudelleen asettamisen, mik?li dPoW-ketjuun kohdistuu haitallinen hy?kk?ys.

dPoW-konsensusmekanismin avulla alhaisen hash-nopeuden lohkoketjut voivat luottaa pidemp??n toimineisiin PoW-verkkoihin, kuten Bitcoiniin, turvallisuutensa suhteen.

Konsensusalgoritmi – yhteenveto

Konsensusalgoritmi on lohkoketjuteknologian selk?ranka, sill? ilman sit? yksik??n lohkoketju ei voi toimia siten kuin se on suunniteltu toimimaan.

Jokaisella konsensusalgoritmilla on omat hyv?t ja huonot puolensa. Jotkut niist? korostavat turvallisuutta ja hajautusta, kun taas toiset saattavat pit?? nopeutta ja tehokkuutta t?rke?mpin? tekij?in?.

Tulevaisuudessa tulemme todenn?k?isesti n?kem??n viel? paljon uusia iteraatioita olemassa olevista algoritmeista. Samoin markkinoille tulee varmasti viel? uudenlaisia konsensusalgoritmeja, jotka pyrkiv?t monipuolistamaan tarjontaa ja ratkaisemaan jotain tiettyj? ongelmia.