Hybrid PoW/PoS Consensus Uitgelegd

Delen
Copied to clipboard!
Hybrid PoW/PoS Consensus Uitgelegd
Luister naar het artikel
00:00 / 00:00

Auteur: Richard Red, Decred contributor.

Het consensus mechanisme van een blockchain dient ervoor te zorgen dat deelnemers het eens zijn over de huidige toestand van de blockchain. Het consensus mechanisme bepaalt wie nieuwe blokken met transacties kan toevoegen, en een van zijn primaire doelstellingen is ervoor te zorgen dat de chain niet wordt herschreven.

Proof of Work consensus

Blockchains op basis van het pure Proof of Work-consensus (zoals Bitcoin) kunnen alleen worden toegevoegd door miner, die hardware gebruiken die op een efficiënte wijze het antwoord op een wiskundig probleem raadt. Elke keer dat een miner het antwoord raadt, kunnen ze een block creëren dat door het netwerk wordt geaccepteerd. Miners kunnen zelf kiezen welke chain ze willen minen, maar het netwerk accepteert alleen de chain met het meest verzamelde Proof of Work (d.w.z. de meeste hashes of gokken) als de legitieme keten. Dit betekent dat miners worden gestimuleerd om te minen op de langste chain en bij het waarnemen van een geldig nieuw block, zullen ze proberen de oplossing te vinden waardoor ze op dit nieuwe block verder kunnen bouwen.

Het herschrijven van de blockchain is erg lastig, waardoor het juist geschikt is om te functioneren als een grootboek voor financiële transacties. Wanneer een transactie zich openbaart in een block waarbij er coins naar een wallet worden gestuurd en er worden meerdere blocks bovenop gebouwd (bevestigingen), dan wordt het onwaarschijnlijk dat een block (en de transactie) opnieuw worden herschreven.

Als een gebruiker voldoende hashing-power heeft om de 'honest chain' overstijgen, kan deze de blockchain herschrijven (reorganiseren) door te minen op een 'old-block’ in plaats van op het laatste block. Hieronder is een versimpelde weergave omschrijven van een dergelijke aanval dat ook wel een 51% attack wordt genoemd::
De aanvaller doet een transacties in blok X door deze naar een exchange te sturen en start vervolgens met het minen van een parallelle chain op zijn eigen hardware (blocks die niet openbaar zijn voor het netwerk). Zodra het benodigde aantal conformaties binnen zijn, verruild hij zijn (nep) coin voor een andere (echte) coin die hij van de exchange haalt. Zodra deze transactie heeft plaatsgevonden, zal hij de parallelle chain vrijgeven Als deze meer PoW (blocks) bevat dan de oorspronkelijke chain, dan zal het netwerk deze erkennen als de legitieme keten en zal het de originele versie (inclusief de transactie van de aanvaller) doen verdwijnen. De aanvaller is hierdoor nogmaals in staat om de coins nogmaals uit te geven.

Aangezien miners de enige zijn die direct blocks aan de chain kunnen toevoegen bij zuivere PoW cryptocurrencies, geeft dit hen een sterke sleutelpositie. Voor elke wijziging die aan de consensus van het netwerk wordt aangebracht, moet deze gesteund worden door een meerderheid van de hash-machthebbenden. "Soft forks" vereisen voldoende miners om een nieuwe set regels te herkennen zodat gebruikers transacties kunnen uitvoeren en mogen verwachten dat hun transacties correct worden afgehandeld en in de blockchain wordt opgenomen. "Hard forks" splitsen het netwerk op in twee componenten, en volgens de algemeen aanvaarde regel van "de chain met de meeste PoW is de legitieme chain" zal miners ertoe aanzetten om deze chain ook te accepteren.

Proof of Stake consensus

Proof of Stake consensus is een alternatieve methode om te beslissen wie nieuwe blokken kan toevoegen en de huidige status van de blockchain kan verifiëren. In plaats van miners die concurreren om een probleem op te lossen met proof of stake, wordt het volgende block bepaald door een proces gebaseerd op het aantal munten dat in een wallet wordt bewaard (of "staked"). Dit proces vertrouwt erop dat degenen met de meeste inzet verantwoorde beslissingen zullen nemen voor het gehele netwerk.

Proof of Stake consensus elimineert de noodzaak van energie-intensief minen, maar het gebrek aan aanzienlijke energie-uitgaven creëert een ander probleem, soms aangeduid als "niets op het spel." (“nothing at stake”) In het geval van een gevorkte chain, worden PoS forgers ("forgers" algemeen gebruik ipv "mining") gestimuleerd om op beide chains te minen omdat het ze weinig kost om te minen op een extra chain en ze worden beloont op beide chains. Dit is een probleem voor het netwerk omdat er slechts één chain zou moeten zijn en overeenstemming over de toestand van die enkele chain het hele doel van het consensus mechanisme is.

Proof of Stake heeft ook een ander probleem met betrekking tot de verdeling van tokens. PoW-miners hebben aanzienlijke kosten (hardware, elektriciteit) en verkopen vaak een aanzienlijk deel van hun geminde munten om de kosten te dekken. Als gevolg hiervan zijn veel munten beschikbaar op de markt, in plaats van te worden gehold door de miners. Proof of Stake Forgers hebben zeer lage operationele kosten, dus zij hebben niet dezelfde druk om de munten die ze ontvangen te verkopen voor het onderhoud van het netwerk. Grote holders die deelnemen aan Proof of Stake hebben de neiging om hun aandeel in de circulerende munten te vergroten, omdat zij block beloningen en transactiekosten van gebruikers van het netwerk ontvangen. Dit werd vergeleken met feodalisme, waarbij het netwerk effectief eigendom is van en wordt beheerd door munthouders en gebruikers huur betalen om het te gebruiken. Er is meestal een of andere cut-off waaronder het niet mogelijk is om direct deel te nemen aan Proof of Stake.

Hybrid PoW/PoS

Het doel van hybrid Proof of Work and Proof of Stake systemen is om de voordelen van de respectieve benaderingen vast te leggen en ze te gebruiken om elkaars zwakheden in evenwicht te brengen. Decred is een van de weinige cryptocurrencies die zowel PoW als PoS in herkenbare vormen gebruiken en samenvoegen om een multi-factor of hybride consensus mechanisme te produceren.

"Masternode munten" zijn in zekere zin ook hybriden, in de zin dat ze een herkenbare component Proof of Work hebben die een vergelijkbare rol vervult als in Bitcoin, en een extra rol hebben voor speciale nodes. Er is een vereiste dat deze speciale node een bepaald bedrag van de valuta als onderpand moet bevatten. Dit om aan te tonen dat ze kunnen vertrouwen op en in het belang van het netwerk, wat vergelijkbaar is met de beweegredenen voor het Proof of Stake. Dash is de originele masternode munt en verwijst naar dit model als Proof of Service. Dit artikel richt zich op hybrides met een component Proof of Stake en zal niet uitgaan naar de reeks munten die masternodes of Proof of Service emuleren.

De PoW-component van Decred werkt vergelijkbaar met andere PoW-gebaseerde projecten en maakt gebruik van de Blake-256 hash-functie. De PoS-component van Decred, en de manier waarop het in de chain is verwerkt, is vrij uniek en verdient nadere uitleg.

Om deel te nemen aan de Proof of Stake van Decred moeten holders hun DCR op tijd vergrendelen om 'tickets' te kopen. De prijs voor een individueel ticket wordt bepaald door een mechanisme waarbij het systeem streeft naar een bepaald aantal live tickets (40,960) - als er meer tickets zijn dan het uiteindelijk doel, gaat de prijs omhoog, als het er minder zijn, gaat deze omlaag. Wanneer iemand een ticket koopt, is de DCR die ze gebruikten vergrendeld (d.w.z. ze kunnen het niet uitgeven) totdat het desbetreffende ticket willekeurig is opgeroepen om te stemmen, of totdat de tijd verloopt dat is na ongeveer 142 dagen. Dit introduceert een opportuniteits voor PoS, bedoeld om ervoor te zorgen dat PoS-stemmers een stem hebben in het spel en handelen in het belang van het netwerk.

PoS-deelnemers (ook wel kiezers of belanghebbenden genoemd) hebben drie verschillende rollen: blokkeren van stemmen, stemmen over wijzigingen in de consensusregels en stemmen over projectniveaubeheer met behulp van het Politeia Proposal System. De eerste hiervan, "blokkeren van stemmen", is de manier waarop PO's-kiezers zich het meest direct bezighouden met het handhaven van consensus.


Stemmen op Blocks

Wanneer een PoW-miner een geldig blok vindt, zendt hij dit uit op het netwerk, maar om ervoor te zorgen dat dat blok als geldig wordt beschouwd, moet het stemmen bevatten met ten minste 3 van de 5 willekeurig geselecteerde tickets. PoS-stemmers houden portefeuilles open en staan klaar om te reageren met stemmen wanneer hun tickets worden gebeld (of ze stemmen in met Voting Service Providers om dit namens hen te doen). Wanneer een PoS-ticket wordt opgeroepen om te stemmen en reageert, ontvangt de eigenaar daarvan een beloning.

Wanneer tickets worden opgeroepen, stemmen ze om de reguliere transacties van het vorige blok te accepteren of af te wijzen. Nodes op het netwerk zullen een nieuw blok niet als geldig erkennen totdat het ten minste 3 stemmen bevat. Als een meerderheid van de tickets om te stemmen de transacties van het vorige blok verwerpen, worden ze teruggebracht naar de mempool. Deze reguliere transacties omvatten de beloning van de PoW-miner, maar niet de beloning van de PoS-kiezer. 

Daarom hebben PoS-stemmers de macht om beloningen van miners te verwijderen zonder dat ze hun eigen beloningen beïnvloeden. Dit beperkt de macht van PoW-miners om wijzigingen in de consensus regels van het netwerk aan te kunnen brengen. PoS-kiezers kunnen zelfs elk soort miner gedrag dat ze niet leuk vinden, afwijzen door een beleid van "nee" als kwaadwillig of inefficiënt gedrag wordt gedetecteerd, waarbij wordt voorkomen dat slechte PoW-miners transacties kunnen schrijven en beloningen ontvangen.

Deze PoS-verificatie laag verhoogt de beveiliging van het netwerk en de weerstand tegen majority aanvallen aanzienlijk. De gebruikelijke methode om een majority double spend aanval uit te voeren is om de blockchain te herschrijven door een alternatieve chain in het geheim te minen en deze vervolgens na een bepaalde periode vrij te geven en voordeel te halen uit de nietigheid van transacties in de "oude" chain (dwz door dubbele uitgaven van hun inputs). Aangezien Decred-Blocks input vereisen van willekeurig geselecteerde tickets om als geldig te worden beschouwd en niet door PoW-miners kunnen worden gebouwd totdat ze deze input hebben ontvangen, is het voor PoW-miners niet mogelijk om in het geheim te minen tenzij ze ook een aanzienlijk deel van de live tickets beheren (lees hier meer). 

Het hybride PoW / PoS-ontwerp verhoogt de kosten van aanvallen op het netwerk aanzienlijk, omdat er twee verschillende systemen zijn die door een aanvaller moeten worden omzeild. Vooral de PoS-component is zodanig geconfigureerd dat tickets slechts traag kunnen worden verworven. Een beperkt aantal tickets kan in elk blok / interval worden gekocht en het kopen van het maximale aantal zorgt ervoor dat de prijs sterk stijgt. Nadat deze tickets zijn gekocht, worden de fondsen die ze hebben gekocht bovendien vergrendeld, waardoor een aanvaller wordt blootgesteld aan eventuele devaluaties van hun vergrendelde munten die zijn opgetreden als gevolg van een aanval.

De eis dat elk blok door willekeurig geselecteerde belanghebbenden wordt goedgekeurd, betekent dat de blockchain met alle deelnemers moet worden gedeeld tijdens met minen, waardoor de beveiliging van het netwerk wordt verbeterd. Het hybride systeem van Decred is ontworpen om stakeholders ook de macht te geven over de PoW-miners.


Consensus veranderd het stemmen

Decred besloot van begins af aan om de PoS-stakeholders de dominante besluitvormende kracht te maken in het bestuur van de blockchain. Geschreven in de consensusregels is een upgrade ratificatieprocedure waarmee elke wijziging in de consensus regels van het netwerk alleen kan worden geïmplementeerd nadat het een stemproces heeft doorlopen. Wijzigingen kunnen alleen worden aangebracht als deze zijn goedgekeurd door ten minste 75% van de stemmen. Dit proces begint zodra een bepaald deel van miners (95%) en kiezers (75%) geüpgradede software gebruiken met latente wijzigingen in de regels. Als het voorstel 75% steun krijgt na een stem-periode van 4 weken, wordt het geaccepteerd. Anders wordt het afgewezen en als het geen van beide supermajority heeft, begint het opnieuw met stemmen. Als een voorstel wordt geaccepteerd, wordt de wijziging van de regel een maand later geactiveerd.

Hybrid PoW/PoS Consensus Uitgelegd


Projectmanagement: Politeia

De block-beloningen van Decred worden verdeeld tussen PoW-miners (60%), PoS-stemmers (30%) en een schatkist (10%) om de ontwikkeling van open source-software te financieren die de doelstellingen van het project bevordert. Houders van een ticket hebben de soevereiniteit om te stemmen over hoe dit fonds moet worden besteed, welke functies moeten worden toegevoegd en om het beleid te bepalen via het Politeia platform.

Slotwoord

Omdat PoS-kiezers 30% van de block-beloning ontvangen, kunnen ze hun relatieve aandeel in circulerende DCR niet handhaven door simpelweg in te zetten. Het merendeel van de nieuw geslagen DCR gaat naar PoW-mijnwerkers in ruil voor de rol die zij spelen bij het beveiligen van het netwerk en het beperken van het "niets op het spel" -probleem van zuivere PoS-systemen. Mijnwerkers moeten meestal een aanzienlijk deel van de beloningen die ze ontvangen verkopen om hun operationele kosten te dekken, zodat een eerlijke voorraad DCR op de markt beschikbaar is.

De blockchain van Decred presenteert een unieke architectuur en is een van de meest opvallende voorbeelden van een hybride PoW / PoS-systeem. Op dezelfde manier dat projecten met PoS-consensus een algemene groep vormen met aanzienlijke variaties, zullen toekomstige projecten die hybride PoW / PoS-benaderingen gebruiken ook uniek zijn en niet noodzakelijkerwijs het Decred-framework volgen.

Loading