Značka: DeFi

Konsenzné mechanizmy zohrávajú v blockchainových systémoch kľúčovú úlohu, pretože umožňujú dosiahnuť spoľahlivú dohodu o stave dát bez potreby ľudského zásahu. Vďaka nim sa zvyšuje dôvera, presnosť a bezpečnosť digitálnych transakcií a odpadá nutnosť využívať pomalšie ľudské overovanie. Tieto mechanizmy sú tiež nevyhnutné pre zachovanie integrity decentralizovaných sietí.

1. Vývoj konsenzných mechanizmov v blockchaine

S nástupom počítačov a sietí v 80. a 90. rokoch vznikli zdieľané databázy, ku ktorým malo prístup viacero používateľov. Najviac sa ujali centralizované databázy, ku ktorým sa používatelia pripájali z rôznych pracovných staníc. Takto fungujúce siete boli spravované administrátormi, ktorí prideľovali oprávnenia a zabezpečovali integritu dát.

Neskôr sa niektoré z týchto zdieľaných databáz pretransformovali na programy schopné distribuovať úložný priestor a výpočtový výkon medzi viacero nezávislých zariadení umiestnených v rôznych lokalitách. Potrebné bolo vyriešiť najmä riziko neoprávnenej manipulácie s dátami a zabrániť ich zneužitiu. Hľadal sa preto spôsob, vďaka ktorému by sa distribúcia a údržba databázy dala riadiť autonómne, bez nutnosti centrálnej autority.

Z toho vzišla myšlienka tzv. distribuovaného autonómneho konsenzu. Programy v sieti sa mali dohodnúť na aktuálnom stave databázy za pomoci kryptografických techník. Základ tvorili šifrovacie algoritmy, ktoré generovali dlhé reťazce písmen a číslic – tzv. hash. Vygenerovaný hash ostáva nezmenený, kým sa nemenia vstupné dáta. Ak by sa menili pôvodné informácie, výsledný hash by sa zmenil tiež – a to je jasný dôkaz manipulácie.

V okamihu, keď všetky uzly v sieti vytvoria zhodný hash, vraví sa, že sieť dosiahla konsenzus. Tak vznikli základné princípy konsenzných mechanizmov, pričom ich vývoj sa spája najmä s menom Satoshi Nakamoto, anonymného tvorcu Bitcoinu. Je však dôležité poznamenať, že na konsenzných mechanizmoch dlhé roky pracovalo mnoho výskumníkov a vedcov, ako napríklad Moni Naor, Cynthia Dwork, Adam Beck či Nick Szabo.

2. Rôzne typy konsenzných mechanizmov v blockchaine

V súčasnosti poznáme viacero spôsobov, ako v blockchaine dosiahnuť konsenzus, pričom každý z nich vychádza z iných princípov.

Proof of Work (PoW)

Najznámejším mechanizmom je Proof of Work, ktorý využívajú Bitcoin, Litecoin a ďalšie populárne kryptomeny. Podstata spočíva v tom, že jeden uzol (miner) musí vykonať a dokázať náročný výpočet, zatiaľ čo ostatné uzly v sieti jeho výsledok overujú. Nevýhodou je vysoká spotreba energie a pomalší čas spracovania transakcií.

Proof of Stake (PoS)

Proof of Stake je alternatíva k PoW, vyvinutá za účelom znížiť energetickú náročnosť a náklady. Tu sa výber uzla, ktorý navrhuje nový blok, odvíja od množstva držaných tokenov (stake). Zvyšok siete tento blok overuje a ak sa dosiahne konsenzus, blok sa zapíše do blockchainu. Nevýhodou je, že takýto prístup môže motivovať k držaniu tokenov namiesto ich obehového využívania.

3. Iné metódy

Proof of History (PoH)

Vyvinutý projektom Solana. Podobá sa na Proof of Elapsed Time (PoET), kde sa kryptograficky záznamenáva plynutie času, aby bol konsenzus dosiahnutý bez zbytočného plytvania zdrojmi.

Proof of Capacity (PoC)

Tu sa využíva zdieľanie úložného priestoru. Uzly s väčšou kapacitou disku majú väčšiu šancu udržiavať verejnú účtovnú knihu (ledger).

Proof of Activity (PoA)

Používa sa napríklad v sieti Decred. Ide o hybrid PoW a PoS, ktorý kombinuje výhody oboch prístupov.

Proof of Burn (PoB)

Vyžaduje, aby transaktori posielali menšie sumy kryptomien na neprístupné adresy, čím takpovediac „pália” tieto prostriedky a znižujú ich množstvo v obehu.

4. Budúce trendy a inovácie v konsenzných mechanizmoch

Aktuálne prebieha intenzívny výskum, ktorý sa usiluje zlepšiť škálovateľnosť, bezpečnosť a decentralizáciu blockchainu súčasne – čo je neraz náročné. Väčšina inovácií sa snaží riešiť najmä tri oblasti:

• Spravodlivé modely odmeňovania
• Zníženú environmentálnu záťaž (napríklad nižšiu spotrebu energie)
• Vyššiu rýchlosť spracovania bez obmedzenia bezpečnosti a decentralizácie

5. Najpoužívanejšie konsenzné mechanizmy

Proof of Work a Proof of Stake sú v kryptomenách najrozšírenejšie. V určitých prípadoch (napr. pri firemných alebo súkromných blockchainoch) však môžu byť vhodnejšie iné prístupy.

6. Čo je príkladom konsenzného algoritmu?

Proof of Work je klasickým príkladom konsenzného algoritmu. Algoritmus vymedzuje konkrétne výpočtové kroky a postupy, podľa ktorých mechanizmus (ako celok) dosahuje konsenzus.

7. Čo je mechanizmus konsenzu?

Konsenzný mechanizmus označuje systém uzlov, ktoré sú naprogramované tak, aby sa zhodli na správnom stave blockchainu alebo dátovej sady.

Zhrnutie

Konsenzné mechanizmy sú nevyhnutné pre zabezpečenie integrity a bezpečnosti distribuovaných kníh, databáz a blockchainov v ére zrýchľujúcej sa digitalizácie. Nahrádzajú pomalšie manuálne overovanie automatizovanými procesmi, ktoré zaručujú správnosť a dôveryhodnosť údajov. V čase, keď svet čoraz viac tokenizuje tradičné aktíva a integruje prvky decentralizovaných financií, zohrávajú konsenzné mechanizmy nenahraditeľnú úlohu v oblasti bezpečnosti a efektívnosti. Eliminujú potrebu vzájomnej dôvery medzi transakčnými stranami, a umožňujú tak vznik bezpečnejšieho a decentralizovaného finančného prostredia.

Dôkaz o práci (Proof of Work – PoW) je kľúčový konsenzuálny mechanizmus v technológii blockchain. Vyžaduje si značný výpočtový výkon na overovanie transakcií, čím zabezpečuje bezpečnosť a integritu siete bez potreby dôvery v tretie strany. PoW, preslávený kryptomenou Bitcoin, je základom mnohých ďalších kryptomien, pretože umožňuje bezpečné spracovanie transakcií v režime peer-to-peer.

1. Ako dôkaz o práci validuje blockchainové transakcie

V niektorých blockchainoch dôkaz o práci preukazuje, že boli splnené všetky potrebné úlohy na navrhnutie (vytvorenie) nového bloku. Často ho nazývame „konsenzuálny mechanizmus„, pretože sieť dospeje k dohode (konsenzu) až potom, ako získa dôkaz, že práca prebehla poctivo (t. j. nedošlo k pokusom manipulovať s dátami).

Dôkaz o práci vzniká tak, že sa informácie v bloku opakovane posielajú cez hashing algoritmus a zároveň sa menia rôzne polia, až kým sa nedosiahne hexadecimálne číslo, ktoré je nižšie než sieťou predpísaný cieľ obtiažnosti (difficulty target). Tento výsledok slúži ako dôkaz, že program vynaložil výpočtové úsilie na tzv. „hashovanie“ bloku, až kým nesplnil zadané kritérium.

2. Dosiahnutie blockchainového konsenzu s dôkazom o práci

V nasledujúcich bodoch stručne načrtneme, ako prebieha proces dôkazu o práci v rámci Bitcoinu:

• Pracovník, nazývaný „miner“ či ťažiar, vytvorí dočasný súbor (blok). Ak tento blok získa víťazný „hash„, stane sa súčasťou blockchainu.
• Ťažobný program vytvorí blok a vloží doň vybraté transakcie. Následne neustále upravuje tzv. nonce a extra nonce (súčasť coinbase transakcie v Merkle strome) a odosiela blok do hashing algoritmu.
• Tento proces sa opakuje, až kým program nenájde riešenie – hodnotu rovnakú alebo nižšiu, ako je cieľ obtiažnosti. Cieľ obtiažnosti zabezpečuje, že je potrebné vykonať približne „X“ počet hashov za sekundu, kým sa riešenie objaví.
• Napríklad 6. júna 2024 mal blok č. 847 400 cieľ obtiažnosti 81,74T (81 740 000 000 000, t. j. 81,74 biliónov) pokusov za sekundu pri celkovom kombinovanom výkone celej siete.
• Víťazný hash pre tento blok bol: 0000000000000000000214e93fd01ddc589a0f79c127609413f045d201213973

Týmto hashom ťažiar preukázal sieti, že do ťaženia vložil potrebné úsilie. Blok bol pridaný do blockchainu a sieť začala proces dosiahnutia konsenzu.

Tieto údaje pochádzajú z verejne dostupných blockchain explorerov.

3. Zmeny v cieľovej obtiažnosti

Cieľ obtiažnosti sa približne každé dva týždne (každých 2016 blokov) upravuje tak, aby priemerný čas na vyťaženie bloku zostal okolo 10 minút. Hoci tu uvádzame len konkrétny príklad, obtiažnosť sa neustále mení.

4. Konsenzus

Konzistentný stav dohody (konsenzus) v blockchain sieti nastáva po tom, čo sa blok uzavrie a pridá do reťazca. Počas ťaženia nových blokov a hľadania ďalšieho víťazného hashu každý ťažiar overuje aj nové bloky, ktoré sa do reťazca pridajú. Následne rozhlasuje do celej siete, že blok, ktorý potvrdil, je platný.

Nové bloky využívajú hash hlavičky predchádzajúceho bloku, čím sa vytvára reťaz dôkazov, ktorý speje ku konsenzu. Tieto dôkazy sa označujú ako konsenzuálne mechanizmy, pretože predstavujú základný spôsob, ako sieť dosahuje zhodu.

5. Čo treba zvážiť pri ťažbe na dôkaze o práci

Ťažba na princípe dôkazu o práci je súťažná; mnohí ťažiari sa usilujú o zisk. Vzhľadom na to, že kryptomena, ktorá sa dá ťažiť, má trhovú hodnotu, objavili sa firmy s obrovskými ťažobnými operáciami, ktoré vo väčšine prípadov predstihli individuálnych ťažiarov.

Napríklad, k 6. júnu 2024 bolo v rámci Bitcoin siete najviac ťažobnej sily (hash rate) v rukách Foundry USA – asi 150,44 EH/s z celkových 634 EH/s (~23,73 %).

Bitcoin a ďalšie kryptomeny s dôkazom o práci boli spočiatku navrhnuté pre bežných používateľov a domáce prevádzkovanie uzlov. No postupom času boli jednotlivci v ťažbe väčšinou vytlačení firmami, ktoré majú centralizované ťažobné operácie s cieľom maximalizácie zisku.

6. Aký je rozdiel medzi dôkazom o práci a dôkazom o podiele?

Dva najpopulárnejšie konsenzuálne mechanizmy sú dôkaz o práci (Proof of Work – PoW) a dôkaz o podiele (Proof of Stake – PoS). Hlavný konkurent Bitcoinu – Ethereum – bežal na dôkaze o práci do septembra 2022, keď prešiel na systém dôkazu o podiele.

• Pri PoW musia uzly v sieti preukázať, že „spálili“ určité množstvo výpočtovej energie a zabezpečili tak decentralizovaný konsenzus a ochranu siete pred manipuláciou.
• Pri PoS sa vyžaduje kolaterál vo forme stakovaných kryptomien, aby sa účastník stal dôveryhodnou súčasťou siete.

7. Prečo potrebujeme dôkaz o práci?

Súčasné finančné systémy sú založené na dôvere, no v oblasti financií sa už neraz ukázalo, že niektorí ľudia sa nedajú považovať za spoľahlivých. Ak však existuje mechanizmus, ktorý vyžaduje preukázanie vynaloženej práce, dôvera v poctivosť účastníkov sa nahrádza strojovou logikou. Samotný kód nie je podplatiteľný – ak je naprogramovaný s dobrým úmyslom a nie je možné ho spätne pozmeniť, môže nahradiť potrebu dôverovať neznámym ľuďom.

8. Zhrnutie

Dôkaz o práci (PoW) je základný blockchainový konsenzuálny mechanizmus, ktorý overuje transakcie a chráni sieť prostredníctvom decentralizovaného procesu. Ťažiari pri ňom musia riešiť kryptografické hádanky, aby sieť bola schopná bezpečných peer-to-peer transakcií. Na príklade Bitcoinu vidíme, že PoW súčasne vedie k silnému konkurenčnému prostrediu v ťažbe a poskytuje ťažiarom odmeny a transakčné poplatky za vynaložené úsilie.