Konsensusalgoritmer för kryptovalutor är ryggraden i decentraliserade blockkedjenätverk. Konsensusalgoritmen Proof of Work (PoW) används av Bitcoin. Proof of Work har tidigare varit den dominerande konsensusalgoritmen, men Proof of Stake (PoS) har fått stor popularitet på grund av att den kan vara mer energieffektiv och kostnadseffektiv. Det finns flera olika Proof of Stake-varianter (PoS) på marknaden.
Ethereums Gasper Gasper är den konsensusmekanism som utvecklades för Ethereums övergång från Proof of Work till Proof of Stake-konsensus. Proof of Staked Authority (PoSA) är en konsensusalgoritm som används i BNB Smart Chain-nätverket. Ouroboros är en konsensusalgoritm för Proof of Stake som används i Cardanos blockkedjenätverk.
Tendermint är en BFT-konsensusalgoritm (Byzantine Fault Tolerant) som använder Proof of Stake för att uppnå konsensus i blockkedjenätverk. Delegated Proof of Stake (DPoS) är en konsensusalgoritm som utvecklats av Dan Larimer. Sammanfattningsvis är konsensusalgoritmer för kryptovalutor ryggraden i decentraliserade blockkedjenätverk.
Vad är konsensusalgoritmer för kryptovalutor?
Konsensusalgoritmer för kryptovalutor är ryggraden i decentraliserade blockkedjenätverk. Konsensusalgoritmer säkerställer att transaktioner valideras och att nya block läggs till i blockkedjan. Konsensusalgoritmer gör det möjligt för ett nätverk av decentraliserade noder att komma överens om tillståndet i blockkedjan och förhindra bedräglig verksamhet eller dubbelutnyttjande.
Det finns olika typer av konsensusalgoritmer, men de arbetar alla för att uppnå samma mål: att skapa ett säkert och decentraliserat nätverk där transaktioner kan göras utan mellanhänder. De mest populära konsensusalgoritmerna som används i kryptovalutor är Proof of Work (PoW) och Proof of Stake (PoS).
PoW, som används av Bitcoin och flera andra kryptovalutor, kräver att miners löser komplexa matematiska ekvationer för att validera transaktioner och lägga till nya block i blockkedjan. PoS, som används av Ethereum och andra kryptovalutor, innebär däremot att validerare stakear sina egna coins för att validera transaktioner och lägga till nya block i blockkedjan.
Konsensusalgoritmer för kryptovalutor är viktiga eftersom de säkerställer blockkedjenätverkets integritet och säkerhet. Utan en konsensusalgoritm skulle nätverket vara sårbart för attacker, och transaktioner skulle inte valideras, vilket skulle leda till att förtroendet för nätverket skulle brytas samman. Genom att använda konsensusalgoritmer kan blockkedjenätverk uppnå konsensus bland decentraliserade noder och tillhandahålla en säker och tillförlitlig plattform för transaktioner.
Vad är konsensusalgoritmen Proof of Work?
Konsensusalgoritmen Proof of Work (PoW) används av Bitcoin. Det finns andra kryptovalutor som också använder PoW, bland annat Bitcoin Cash, Litecoin och Dogecoin. PoW innebär att miners löser komplexa matematiska problem för att validera transaktioner och lägga till nya block i blockkedjan.
Proof of Work var det vanligaste valet för konsensusalgoritmen i början av 2010-talet. Situationen är annorlunda nu. Praktiskt taget alla större kryptovalutor som lanserats sedan 2017 använder Proof of Stake-konsensus. Ethereum, den näst största kryptovalutan på marknaden, övergick från PoW till PoS år 2022.
När en användare initierar en Bitcoin-transaktion sänds den till nätverket av noder. Dessa noder verifierar transaktionens giltighet innan den läggs till i mempool, en pool av obekräftade transaktioner. Miners tävlar sedan om att lösa ett komplext matematiskt problem som kallas ”hashpussel” för att validera transaktionerna i mempoolen och lägga till ett nytt block i blockkedjan.
Bitcoin mining-enheter, även kallade ASIC:s (Application-Specific Integrated Circuits), är specialiserad hårdvara som är utformad för att utföra de komplexa beräkningar som krävs för Bitcoin mining. ASIC:s är effektivare och kraftfullare än traditionella CPU:er eller GPU:er och används av miners för att konkurrera om blockbelöningar i Bitcoin-nätverket. Vissa PoW-kryptovalutor kan också mineas med CPU:er och GPU:er.
På bilden nedan finns ASIC-miners som tillverkas av kinesiska Bitmain.
Hashpusslet är avsiktligt utformat så att det kräver stor beräkningskraft för att lösa det, vilket sporrar miners att använda dyr hårdvara och förbruka stora mängder el för att konkurrera. Den beräkningskraft som krävs för att lösa pusslet fungerar också som en form av nätverkssäkerhet, vilket gör det svårt för en angripare att ta kontroll över blockkedjan.
För att nå konsensus förlitar sig nätverket på regeln om den längsta kedjan, som säger att den giltiga blockkedjan med mest ackumulerad PoW är den sanna. Detta innebär att om en illvillig miner försöker lägga till ett ogiltigt block i blockkedjan kommer nätverket att avvisa det eftersom det inte har samma nivå av ackumulerad PoW som huvudkedjan. Nätverket följer därför alltid den kedja som har den högsta nivån av PoW, vilket garanterar blockkedjans integritet och säkerhet.
Proof of Work vs. Proof of Stake
Proof of Work har tidigare varit den dominerande konsensusalgoritmen, men Proof of Stake (PoS) har fått stor popularitet på grund av att den kan vara mer energieffektiv och kostnadseffektiv.
I PoS väljs validerare ut för att validera transaktioner och skapa nya block baserat på den mängd kryptovaluta de innehar och har stakeat i nätverket. Validatorerna har incitament att upprätthålla nätverkets integritet genom att stakea sina egna coins, som hålls som säkerhet, och de straffas om de försöker lura systemet. Genom att skada nätverket skulle de också krascha priset på de tokens som de har stakeat.
Den största skillnaden mellan PoW och PoS är den metod som används för att uppnå konsensus. PoW bygger på att miners löser komplexa matematiska pussel och tävlar om att skapa nya block, vilket förbrukar stora mängder energi och datorresurser. PoS-system har validerare i stället för miners.
Dessa kan vara ganska vanliga nätverksservrar som endast kräver en bråkdel av energin jämfört med Bitcoin-miners.
I allmänhet bestämmer mängden stakeade coins sannolikheten för att en validerare väljs ut för att skapa ett nytt block. Varje Proof of Stake-variant har lite olika regler. Vi kommer att gå igenom de mest populära PoS-konsensusalgoritmerna i de kommande kapitlen.
En annan viktig skillnad mellan PoW och PoS är den säkerhets- och decentraliseringsnivå som de erbjuder. Medan PoW i allmänhet anses vara säkrare och mer decentraliserat på grund av det stora antalet miners i nätverket, har PoS potential att vara lika säkert och decentraliserat om det utformas på rätt sätt. Det finns en pågående debatt om detta ämne. Faktum är att inget större PoS-system någonsin har äventyrats
På det hela taget har både PoW och PoS sina styrkor och svagheter. Det verkar som om PoS har blivit den populäraste konsensusalgoritmen på grund av att den är mer energieffektiv och kostnadseffektiv.
Proof of Stake-varianter
Det finns flera olika Proof of Stake-varianter (PoS) på marknaden. Varje PoS-konsensusalgoritm har en något annorlunda uppsättning regler. Här är fyra anledningar till varför olika PoS-varianter behövs:
- Olika mål och krav
- Innovation och experimenterande
- Geografiska och rättsliga överväganden
- Olika communities och intressenter
Olika blockkedjor har olika mål och krav, vilket kan påverka valet av PoS-variant. Till exempel kan ett projekt som prioriterar snabbhet och skalbarhet välja en annan PoS-variant än ett projekt som prioriterar säkerhet och decentralisering.
Cardanos Ouroboros (bilden nedan) är en PoS-variant. Cardano är ett bra exempel på ett projekt som valde ett annat tillvägagångssätt i sin implementering.
Blockkedjeindustrin är fortfarande relativt ny och utvecklas snabbt, och utvecklare experimenterar ständigt med nya konsensusalgoritmer och förbättrar befintliga. Detta har lett till att nya PoS-varianter har skapats som är utformade för att lösa olika problem och uppnå olika mål.
Blockkedjeprojekt kan vara verksamma på olika geografiska platser och kan behöva följa olika regelverk. PoS-varianter kan utformas för att följa specifika bestämmelser eller uppfylla specifika geografiska krav, t.ex. när det gäller energiförbrukning eller nätverkslatens.
Olika blockkedjecommunities kan ha olika preferenser och krav på sin konsensusalgoritm. Till exempel kan en gemenskap som värdesätter decentralisering föredra en PoS-variant som fördelar makten mer brett bland deltagarna.
De mest populära PoS-varianterna är Ethereums Gasper Proof of Authority, Delegated Proof of Stake, Tendermint och Ouroboros. Därefter får du en kort introduktion till var och en av dem.
Ethereums Gasper
Ethereums Gasper Gasper är den konsensusmekanism som utvecklades för Ethereums övergång från Proof of Work till Proof of Stake-konsensus. Gasper är en kombination av två separata komponenter: Casper the Friendly Finality Gadget (Casper-FFG) och LMD-GHOST fork choice rule.
Casper-FFG är en finality gadget som använder PoS för att uppnå konsensus. Den introducerade en ny typ av nod i Ethereum-nätverket, så kallade valideringsnoder, som ersatte miners i PoW-modellen.
Validerare är ansvariga för att föreslå och validera nya block. De måste stakea Ether (ETH) som säkerhet för att delta i konsensusprocessen. I gengäld får de belöningar för sitt deltagande.
Den minsta stakingen är 32 ETH. I praktiken är det möjligt att stakea mindre belopp genom att använda tredjepartsappar eller kryptobörser. Det finns för närvarande över 560K validerare som har stakeat 17,9 miljoner ETH. Detta motsvarar ungefär 15 % av det totala ETH-utbudet.
LMD-GHOST fork choice-regeln är en modifiering av GHOST-regeln (Greedy Heaviest Heaviest Observed Sub-Tree). Fork choice-regeln bestämmer vilken kedja av block som anses vara den kanoniska kedjan vid en fork. Den är avgörande för att upprätthålla konsensus i ett decentraliserat system.
Casper-FFG och LMD-GHOST bildar tillsammans Gaspers konsensusmekanism. Valideringsnoder föreslår och validerar nya block, och LMD-GHOST fork choice-regel säkerställer att den kedja som har mest stöd från valideringsnoderna betraktas som den kanoniska kedjan. Läs mer om Casper-FFG fra Ethereum.org.
Proof of Staked Authority (PoSA)
Proof of Staked Authority (PoSA) är en konsensusalgoritm som används i BNB Smart Chain-nätverket. Det är den näst största plattformen för smarta kontrakt på marknaden efter Ethereum. PoSA är en variant av konsensusalgoritmerna Proof of Authority (PoA) och Proof of Stake (PoS).
I PoSA väljs validerare ut baserat på det antal BNB-tokens som de innehar och stakear i nätverket. Validatorerna ansvarar för att validera transaktioner och lägga till nya block till blockkedjan, och de får belöningar för sitt deltagande i nätverket. Ju mer BNB de innehar och stakear, desto större är deras chanser att bli utvalda som validerare.
Till skillnad från Ethereums PoS, som använder en slumpmässig valprocess för att välja validerare, använder PoSA en deterministisk process som baseras på hur mycket BNB validerarna stakear. Detta gör valet av validerare mindre slumpmässigt och mer förutsägbart.
Förutom BNB Smart Chain finns det inga andra kryptovalutor som för närvarande använder PoSA, eftersom det är en egen konsensusalgoritm som utvecklats av Binance. Flera andra kryptovalutor använder dock variationer av PoS eller PoA. Lär dig mer om BNB Smart Chain och dess teknik i vår BNB Chain nubörjarguide.
Ouroboros
Ouroboros är en konsensusalgoritm för Proof of Stake som används i Cardanos blockkedjenätverk. Den är utformad för att uppnå ett säkert, skalbart och decentraliserat nätverk samtidigt som energiförbrukningen minimeras.
I Ouroboros väljs validerare slumpmässigt ut för att delta i konsensusprocessen, och sannolikheten för att de väljs ut baseras på hur mycket kryptovaluta de har stakeat. Validatorerna ansvarar för att skapa nya block och validera transaktioner.
För att säkerställa decentralisering använder Ouroboros ett koncept som kallas ”staking pools”, där flera användare kan slå ihop sin stakeade kryptovaluta för att öka sina chanser att bli utvalda som validerare. Stakingpooler kan skapas och förvaltas av användare eller tredjepartstjänsteleverantörer.
Belöningarna för stakingpooler är också utformade så att de blir lägre när poolen växer. Detta ger incitament för stakers att skapa fler små staking pooler, vilket i sin tur bidrar till decentraliseringen av nätverket. Bilden nedan visar statistik från webbplatsen adapools.org. Där står det att över 910 000 nätverksdeltagare har delegerat sin staking till 3 200 stakingpools.
Epoker i Ouroboros är tidsperioder under vilka en uppsättning validerare väljs ut för att skapa nya block. Varje epok består av flera tidsintervall, där en enda validerare ansvarar för att skapa ett block i varje tidsintervall. Validatorer som framgångsrikt skapar block och validerar transaktioner får belöningar i form av kryptovaluta.
Ouroboros används för närvarande av Cardano blockchain-nätverket, som syftar till att tillhandahålla en mer hållbar, skalbar och säker plattform för decentraliserade appar och finansiella transaktioner. Läs mer om Cardano i vår fördjupade nybörjarguide.
Tendermint
Tendermint är en BFT-konsensusalgoritm (Byzantine Fault Tolerant) som använder Proof of Stake för att uppnå konsensus i blockkedjenätverk. Den är utformad för att vara snabb, säker och skalbar.
I Tendermint väljs validerare ut baserat på hur mycket kryptovaluta de har stakear i nätverket. Validatorerna ansvarar för att skapa nya block och validera transaktioner. Urvalsprocessen är deterministisk och bygger på en uppsättning fördefinierade regler. Du kan lära dig mer om denna algoritm genom att besöka tendermint.com.
Validerare i Tendermint kan skapa pooler där användarna kan samla sin stakeade kryptovaluta för att öka sina chanser att bli utvalda som validerare. Stakingpooler kan skapas och förvaltas av användare eller tredjepartstjänsteleverantörer.
Tendermint använder ett koncept som kallas rundor, vilket är tidsperioder under vilka en uppsättning validerare ansvarar för att skapa nya block. Varje runda består av flera steg, där en enda validerare ansvarar för att skapa ett block i varje steg. Validerare som framgångsrikt skapar block och validerar transaktioner får belöningar i form av kryptovaluta.
Flera blockkedjeprojekt använder Tendermint. Det mest kända är Cosmos, ett nätverk av driftskompatibla blockkedjenätverk som använder Tendermint för att uppnå konsensus och säkra transaktioner mellan de olika nätverken.
Delegated Proof of Stake
Delegated Proof of Stake (DPoS) är en konsensusalgoritm som utvecklats av Dan Larimer. Den används av flera blockkedjeprojekt, bland annat EOS, Steem och BitShares. Dessa är alla också grundade av Larimer. I DPoS röstar tokeninnehavare i nätverket för att välja en grupp ”vittnen” eller ”delegater” som ansvarar för att skapa nya block och validera transaktioner.
Dessa vittnen har incitament att upprätthålla nätverkets integritet och se till att transaktioner behandlas effektivt. De får belöningar för sitt deltagande i nätverket, vilket kan omfatta transaktionsavgifter och nyligen skapade tokens.
Vittnen i DPoS kan skapa stakingpooler, där användarna kan slå samman sin stakeade kryptovaluta för att öka sin röststyrka och påverka valet av vittnen. Stakingpooler kan skapas och förvaltas av användare eller tredjepartstjänsteleverantörer.
Skapandet av block i DPoS utförs av de valda vittnena eller delegaterna, som ansvarar för att validera transaktioner och lägga till dem i blockkedjan. De väljs ut baserat på det antal röster de får från tokeninnehavarna i nätverket.
Sammantaget är DPoS utformat för att uppnå snabba och effektiva transaktioner samtidigt som en hög grad av decentralisering bibehålls.
Slutsats
Sammanfattningsvis är konsensusalgoritmer för kryptovalutor ryggraden i decentraliserade blockkedjenätverk. De ser till att transaktioner valideras och att nya block läggs till i blockkedjan, vilket möjliggör en säker och decentraliserad plattform för transaktioner. De mest populära konsensusalgoritmerna som används i kryptovalutor är Proof of Work (PoW) och Proof of Stake (PoS).
PoW, som används av Bitcoin och flera andra kryptovalutor, kräver att miners löser komplexa matematiska ekvationer för att validera transaktioner och lägga till nya block i blockkedjan. PoS, som används av Ethereum och andra kryptovalutor, innebär att validerare stakear sina egna coins för att validera transaktioner och lägga till nya block till blockkedjan. PoS anses vara mer energieffektivt och kostnadseffektivt än PoW.
Det finns flera olika varianter av PoS, var och en med lite olika regler och mål. De mest populära PoS-varianterna är Ethereums Beacon Chain, Proof of Authority, Delegated Proof of Stake, Tendermint och Ouroboros. Varje PoS-konsensusalgoritm har sina egna styrkor och svagheter, vilket gör det viktigt för blockkedjeprojekt att välja rätt algoritm som stämmer överens med deras mål och krav.
Sammantaget är konsensusalgoritmer för kryptovalutor avgörande för att skapa säkra och tillförlitliga blockkedjenätverk. De spelar en viktig roll för att säkerställa nätverkets integritet och säkerhet och möjliggör tillförlitliga transaktioner utan mellanhänder.
